U skladu s člankom 4. stavkom 1.

FMVSS 308 (SAD), UN GTR 13 (UN-ECE) i ISO 15869: Harmonizirani osnovni zahtjevi za homologaciju spremnika za vodik

Sigurnost rezervoara za vodik u velikoj mjeri ovisi o međunarodnim standardima koji uređuju sve od proizvodnje do performansi. Tri glavna propisa ističu se: FMVSS 308 američke vlade, UN GTR 13 razvijen od strane Ujedinjenih naroda i ISO 15869 koji pokriva šire industrijske primjene. U skladu s tim pravilima utvrđeni su strogi zahtjevi za spremnike za skladištenje vodika na razini pritiska od 70 MPa. Oni inzistiraju na testovima razbijanja gdje pritisak mora premašiti 175 MPa prije nego se dogodi kvar, plus opsežno testiranje umorstva koje oponaša oko 5.500 puta ono što se događa tijekom normalnih operacija punjenja gorivom. Pri temperaturama do 85 stupnjeva Celzijusa, stopa permeacije mora ostati ispod 0,15 NmL na sat po litru. Kada je riječ o curenjima, jednostavno ne može biti nikakvih detektivnih emisija nakon što je spremnik pod pritiskom 200 sati zaredom. Materijali koji se koriste moraju ispunjavati teške specifikacije. Ugljikovo vlakno treba najmanje 3.500 MPa trajne čvrstoće, a smola matrica mora izdržati toplinu iznad 120 stupnjeva Celzijusa. Svi proizvođači moraju da testiraju svoje proizvode u nezavisnim laboratorijima koji su pravilno akreditirani. To osigurava da tenkovi mogu nositi i redovnu habanje kao i ekstremne situacije kao što su sudari gdje sile mogu pogoditi 30G bočno. Takva standardizacija pomaže različitim zemljama da zajedno rade bez problema, a istovremeno održava rizik od katastrofalnih kvarova vrlo malen, oko jedne šanse u milijun na sat rada.

U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za sve proizvode koji se upotrebljavaju u proizvodnji vodika, utvrđeni su kriteriji za utvrđivanje otpornosti na vatru.

Različiti standardi otpornosti na vatru tjeraju inženjere da donose teške odluke prilikom projektiranja sustava. Europska unija propisuje da komponente moraju preživjeti 20 minuta u izuzetno vrućim vatrima ugljikovodika (oko 1100 stupnjeva Celzijusa) bez gubitka toplinske zaštite, dok američki standard FMVSS 308 postavlja niži prag od samo 12,5 minuta i 800 stupnjeva. Ta velika razlika u zahtjevima za temperaturom potaknula je znanstvenike materijala da razviju nova rješenja. Tvrtke koje prodaju u svijetu često miješaju keramičke mikrosfere u svoje smole i postave debele aerogel barijere duboke oko 15 milimetara. Ove promjene čine cijeli sustav težim za otprilike 3,8 kilograma, ali smanjuju rizik od razgradnje ugljičnih vlakana za gotovo polovinu. Spunjenje strožih pravila EU-a znači i prelazak s običnih aluminijumskih dijelova na skupe titanijske ventile, što povećava troškove proizvodnje za oko 18%, ali zaustavlja katastrofalne kvarove tijekom porasta pritiska. Razlika u regulatornim propisima pokazuje zašto su spremnici za skladištenje vodika različito dizajnirani u različitim regijama - ono što radi na jednom tržištu možda ne ispunjava sigurnosna očekivanja na drugom.

U skladu s člankom 3. stavkom 2.

Udio u emisiji CO2 u emisijama CO2

CFRP kompozitni materijali čine lakše spremnike za skladištenje vodika, ali imaju problema kada se provjere u funkciji. Kada se u tim spremnicima ponavljaju promjene tlaka od oko 5 do 70 MPa, u njihovom epoxidnom dijelu počinju se formirati male pukotine. A onda su temperature prehladne na minus 40 stupnjeva Celzijusa do vruće na 85 stupnjeva Celzijusa što uzrokuje da se slojevi raspadnu na interfejsima. Kombinujemo oba problema i vidimo pad snage razbijanja negdje između 15% i 25% nakon oko 15 tisuća ciklusa. Testiranje učinjeno brže od normalnih uvjeta otkriva nešto zanimljivo. Termalni ciklus zapravo uzrokuje dvostruko više pukotina u usporedbi samo s ciklusom pritiska. To nam govori da razlike u temperaturi igraju veću ulogu u tome koliko pouzdani ovi spremnici ostaju tijekom vremena. Proizvođači koji se bore protiv ovog problema obično se okreću posebnim epoxi materijalima koji se ne mogu razbiti. Oni također prilagođavaju kut na kojem se vlakna zavijaju obično oko plus ili minus 55 stupnjeva kako bi se bolje raspršile te napetosti. Neke tvrtke čak dodaju obloge modifikirane nano-glinama kako bi se spriječio curenje vodika.

U slučaju da se ne provodi ispitivanje, ispitivanje se provodi na temelju zahtjeva iz točke (a) točke (a) točke (b) točke (c) točke (d) točke (e) točke (e) točke (e) točke (f) točke (e) točke (e) točke (e) točke (e) točke (e)

Kada je riječ o certificiranju sigurnosti za te sustave, u osnovi se provjeravaju tri glavne stvari: koliko pritiska spremnik može podnijeti prije pucanja, koliko dugo traje pod ponavljajućim stresom i da li uopće curiti. Za testiranje razbijanja, zahtjev je prilično jednostavan - spremnici moraju izdržati najmanje 157,5 MPa, što je oko 2,25 puta njihov normalni radni pritisak, bez bilo kakvih strukturalnih problema. Testiranje na umor uključuje podvrgavanje spremnika tisućama ciklusa pritiska. Točni brojevi variraju ovisno o tome koji se standard primjenjuje: oko 11.000 ciklusa prema SAE J2579, ili 15.000 ako se slijedi ISO 15869 Prilog D. Ti testovi simuliraju ono što se događa nakon oko 15 godina redovnog punjenja gorivom u stvarnim uvjetima. Provjera za curenja obično uključuje nešto što se zove helijum masa spektrometrija. U slučaju da se u skladu s člankom 6. stavkom 1. točkom (a) ovog pravilnika ne primjenjuje, za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za proizvodnju elektri Postoji mala razlika između standarda i kada je u pitanju sigurnosna marža. SAE J2579 zahtijeva 2,25 puta veći sigurnosni faktor od normalnih razina tlaka, dok ISO 15869 Priloga D zahtijeva 2,35 puta veći od projektnog tlaka. Osim svih ovih testova, proizvođači također rade simulacije vatre i vatre kako bi dokazali koliko su ovi tenkovi stvarno čvrsti. I ne zaboravite na one toplinski aktivirane uređaje za smanjenje pritiska (TPRD) koji se automatski uključuju kada pritisak vodika dostigne 110% od onoga za što je rezervoar namijenjen.

Problemi s toplinskim upravljanjem tijekom punjenja gorivom 70 MPa

Temperatura koja raste zbog Joule-Thomsonovog učinka: Fizika, mjerenje i posljedice na sigurnost vodikovih spremnika

Kada se vodik brzo komprimira tijekom tih 70 MPa punjenja, uzrokuje tačke gdje temperature skaču iznad 85 stupnjeva Celzijusa zbog nečeg što se zove Joule-Thomson efekt. U osnovi, kad se plin stiska tako brzo, zagrijava se brže nego što ga sustav može ohladiti. Ova topla područja postaju pravi problem za tenkove tipa IV. Standardi koje su postavile organizacije poput SAE J2601 zahtijevaju stalnu promatranje kroz infracrvene kamere i ugrađene senzore tijekom cijelog procesa. Ako stvari postanu previše vruće, zapravo moraju prestati puniti dok se sve ne ohladi ispod opasnih 85 stupnjeva. Ako dozvolimo da temperature budu ekstremne, vodik će se ispuštati brže. Oko 15% više za svaki dodatnih 10 stupnjeva Celzijusa. Još gore, to stavlja kompozitne slojeve u opasnost od luštenja. Zato moderni sustavi sad uključuju pametne kontrole koje prilagođavaju količinu goriva koja ulazi na temelju predviđanja, zajedno s uređajima za smanjenje pritiska koji se uključuju prije nego što stvari dostignu opasne razine. Iako ove mjere sigurnosti smanjuju učinkovitost za 2% maksimalno, one su apsolutno potrebne za održavanje sigurnosti na cesti.

FAQ odjeljak

U skladu s člankom 7. stavkom 1.

U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, za rezervoare za vodik od 70 MPa primjenjuje se standard FMVSS 308, UN GTR 13 i ISO 15869, koji utvrđuju zahtjeve za tlak pri razbijanju, ispitivanje umorstva i stope prodiranja.

Kako se otpornost na vatru razlikuje između američkih i EU propisa?

U skladu s US FMVSS 308 komponente moraju izdržati 12,5 minuta na 800 stupnjeva Celzijusa, dok EU Pravilnik 134 zahtijeva 20 minuta na 1100 stupnjeva Celzijusa, što utječe na izbor materijala i dizajn.

S kojim se izazovima suočavaju kompozitni materijali od CFRP-a?

SFRP kompozitni materijali suočavaju se s problemima s stvaranjem pukotina u epoksi zbog cikličkog pritiska i temperaturnog stresa, što dovodi do ranijeg razgradnje nego što se očekivalo.

Kojim se testovima pritiska podvrgavaju vodikovi spremnici?

U slučaju da se u slučaju izbijanja izbacivanja iz rezervoara vodika upotrijebi vodik, u skladu s člankom 6. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, to se može upotrijebiti za ispitivanje vodika.

Kako Joule-Thomson efekt utječe na punjenje gorivom?

U slučaju brze kompresije na 70 MPa, Joule-Thomsonov učinak može uzrokovati temperature iznad 85 stupnjeva Celzijusa, što zahtijeva mjere praćenja i hlađenja kako bi se osigurala sigurnost.