Verwendung von Kohlefaser-Verbundtanks zur sicheren und effizienten Wasserstoffspeicherung

Tank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs erfreuen sich in modernen Gasspeicheranwendungen, einschließlich Wasserstoff, zunehmender Beliebtheit. Ihre leichte und dennoch robuste Konstruktion macht sie ideal für Anwendungen, bei denen sowohl Gewicht als auch Druckleistung eine Rolle spielen, wie z. B. in Fahrzeugen, Drohnen, Notstromsystemen und dem industriellen Gastransport. Dieser Artikel untersucht, wieKohlefasertanks zur Speicherung von Wasserstoff verwendet werden können, welche Arbeitsdrücke angemessen sind, welche Sicherheitsaspekte zu beachten sind und wie diese Tanks ordnungsgemäß gewartet werden.

Warum verwendenTank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs für Wasserstoff?

Wasserstoff ist ein sehr leichtes Gas mit hohem Energiegehalt pro Kilogramm. Um ihn kompakt speichern zu können, ist jedoch ein hoher Druck erforderlich. Herkömmliche Stahltanks sind zwar robust, aber auch schwer, was für mobile Anwendungen oder Transportanwendungen von Nachteil ist.Tank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs bieten eine gute Alternative:

1. Leicht: Diese Tanks können bis zu 70 % leichter sein als Stahltanks, was bei mobilen Anwendungen wie Fahrzeugen oder Drohnen wichtig ist.
2. Hochdruckfähigkeit: Tank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs können hohen Drücken standhalten, wodurch sie sich zum Komprimieren von Wasserstoff auf kleinere Volumina eignen.
3. Korrosionsbeständigkeit: Im Gegensatz zu Stahl neigen Kohlenstoffverbundwerkstoffe nicht zur Korrosion, was für die Speicherung von Wasserstoff wichtig ist.

Typische Arbeitsdrücke für die Wasserstoffspeicherung

Der Druck, bei dem Wasserstoff gespeichert wird, hängt von der Anwendung ab:

• Stahltanks Typ I: Wird aufgrund von Gewichts- und Ermüdungsproblemen normalerweise nicht für Wasserstoff verwendet.
• Tank aus KohlefaserverbundwerkstoffS (Typ III or IV): Wird häufig für Wasserstoff verwendet, insbesondere in Automobil- und Industrieanwendungen.

Bei der Wasserstoffspeicherung:

• 350 bar (5.000 psi): Wird häufig in industriellen oder Schwerlastanwendungen verwendet.

Diese Drücke sind deutlich höher als die für Luft (typischerweise 300 bar) oder Sauerstoff (200 bar), was das hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis der Kohlefaser noch wertvoller macht.

Wichtige Überlegungen zur Wasserstoffspeicherung

Wasserstoff hat einzigartige Eigenschaften, die Sicherheit und Materialauswahl entscheidend machen:

1. Wasserstoffversprödung:
   • Metalle wie Stahl können in Gegenwart von Wasserstoff mit der Zeit spröde werden, insbesondere unter hohem Druck. Verbundwerkstoffe leiden nicht in gleicher Weise unter Wasserstoffversprödung.Kohlefasertankein klarer Vorteil.
2. Permeation:
   • Wasserstoff ist ein sehr kleines Molekül und kann einige Materialien langsam durchdringen. Tanks vom Typ IV verwenden eine Polymerauskleidung innerhalb der Kohlefaserhülle, um die Wasserstoffpermeation zu minimieren.
3. Brandschutz:
   • Im Brandfall sollten Tanks mit Druckentlastungseinrichtungen (PRDs) ausgestattet sein, um Explosionen durch kontrollierte Gasfreisetzung zu verhindern.
4. Temperatureffekte:
   • Hohe und niedrige Temperaturen können den Tankdruck und die Leistung der Auskleidung beeinträchtigen. Eine ordnungsgemäße Isolierung und die Verwendung innerhalb zertifizierter Temperaturbereiche sind unerlässlich.

Wartungs- und Inspektionstipps

Um die langfristige Leistung und Sicherheit zu gewährleistenWasserstofftank aus Kohlefasers sind regelmäßige Pflege und Kontrollen notwendig:

1. Visuelle Inspektion:
   • Überprüfen Sie die Außenfläche auf Risse, Delamination oder Aufprallschäden. Selbst kleine Stöße können die Integrität des Tanks beeinträchtigen.
2. Ventil- und Armaturenprüfung:
   • Stellen Sie sicher, dass alle Ventile, Dichtungen und Regler ordnungsgemäß funktionieren und nicht undicht sind.
3. Bewusstsein für die Lebensdauer:
   • Tank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs haben eine festgelegte Lebensdauer, oft etwa 15 Jahre. Nach diesem Zeitraum sollten sie ausgemustert werden, auch wenn sie scheinbar in Ordnung sind.
4. Überfüllung vermeiden:
   • Füllen Sie den Tank immer bis zum angegebenen Betriebsdruck und vermeiden Sie eine Überdruckbeaufschlagung, da diese den Verbundwerkstoff mit der Zeit schwächen kann.
5. Zertifiziertes Nachfüllen:
   • Das Betanken mit Wasserstoff sollte mit zertifizierter Ausrüstung und von geschultem Personal durchgeführt werden, insbesondere bei hohem Druck.
6. Umweltlagerung:
   • Lagern Sie Tanks an einem trockenen, schattigen Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung oder Wärmequellen. Vermeiden Sie Frost, es sei denn, der Tank ist für diesen Einsatzzweck zugelassen.

Anwendungsbeispiele

Wasserstofftank aus Kohlefasers werden bereits häufig verwendet in:

• Brennstoffzellenfahrzeuge (Pkw, Busse, Lkw)
• Wasserstoff-Drohnen und -Flugzeuge
• Notstromversorgung und stationäre Energiesysteme
• Tragbare Wasserstoff-Kraftstoffeinheiten für den industriellen oder Notfalleinsatz

Zusammenfassung

Tank aus Kohlefaserverbundwerkstoffs eignen sich aufgrund ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Beständigkeit gegen wasserstoffspezifische Probleme wie Versprödung hervorragend zur Wasserstoffspeicherung. Bei entsprechendem Druck (z. B. 350 bar) und korrekter Wartung bieten sie eine praktische und sichere Möglichkeit zur Handhabung von Wasserstoff in verschiedenen Anwendungen. Allerdings müssen die Einsatzbedingungen, die Tanklebensdauer und die Sicherheitsprotokolle beachtet werden.

Da Wasserstoff für saubere Energietechnologien, insbesondere im Transportwesen und in industriellen Backup-Systemen, eine immer wichtigere Rolle spielt,Kohlefasertanks wird weiter wachsen und eine zuverlässige und effiziente Lösung für die Hochdruck-Wasserstoffspeicherung bieten.