Międzynarodowe konsorcjum uczelni, instytutów naukowych i firm, wśród których jest m.in. Politechnika Wrocławska, otrzymało 10 mln euro na projekt ECOHYDRO. Dzięki unijnemu grantowi wkrótce zaczną się prace nad wyjątkowymi zbiornikami do gromadzenia i transportu wodoru. Mają być nie tylko duże i do wielu zastosowań, ale także powstać z materiałów umożliwiających tzw. samonaprawę.
Zaplanowany na cztery lata projekt rozpocznie się w styczniu. Jest możliwy dzięki dofinansowaniu z Unii Europejskiej w ramach programu Horizon Europe. Unijny grant ma wartość 10 mln euro, ale całkowita kwota przedsięwzięcia będzie dużo większa, bo dołożą się do niego także firmy należące do konsorcjum, m.in. francuski Airbus, brytyjska Electra Commercial Vehicles zajmująca się elektromobilnością czy włoski startup MDP – Materials Design and Processing specjalizujący się w materiałoznawstwie i projektowaniu konstrukcyjnym. Wśród 15 podmiotów z Francji, Belgii, Luksemburga, Włoch, Wielkiej Brytanii i Turcji jest także Politechnika Wrocławska.
Konsorcjum zamierza opracować nowe rozwiązanie do magazynowania i transportu wodoru. Mają to być duże zbiorniki, mogące pomieścić od 40 do nawet 300 kg wodoru. Oznacza to, że jeden taki zbiornik będzie miał objętość na poziomie około 6 tys. litrów. W ramach projektu powstaną zarówno zbiorniki wysokociśnieniowe, jak i kriogeniczne, które będą odpowiednie do różnych zastosowań – od przewozu wodoru, przez zasilanie pojazdów drogowych, szynowych i wodnych oraz napowierzchniowe magazyny energii, aż po lotnictwo (wodór to kolejny krok w rozwoju napędów w tej branży, w wielu firmach lotniczych trwają prace nad zastosowaniem technologii wodorowych w statkach powietrznych, a Airbus ogłosił, że produkcję pierwszego samolotu z napędem wodorowym zacznie nie później niż w 2035 r.).
Lotnictwo to absolutnie nowy sektor w kontekście wodoru – podkreśla prof. Jerzy Kaleta z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej, w której będzie realizowany projekt. – Mamy już dość zaawansowane rozwiązania dla transportu samochodowego, kolei czy transportu wodnego, ale dla branży lotniczej dopiero powstają. A wiążą się z zupełnie innymi wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa gromadzenia wodoru, jego przenikalności czy systemów monitorowania. Stąd też nasz projekt ma tak duży budżet, bo oznacza znacznie większy zakres zadań niż gdybyśmy zajmowali się zbiornikami wodorowymi dla „sprawdzonych” już rozwiązań – dodaje naukowiec.
Zbiornikowe zero waste
Zbiorniki mają być wykonane z materiałów umożliwiających ich recykling i tzw. samonaprawę. Jak tłumaczy prof. Kaleta, recykling materiałów ze zbiorników kompozytowych jest dość trudny, bo w czasie obróbki często dochodzi do rozerwania włókien węglowych, które są najdroższym elementem. Rozwiązanie proponowane w ramach projektu przez jedną z francuskich firm sprowadzi się do wytopienia żywicy, tak by włókno można było odwinąć i w ten sposób uzyskać je w stanie nadającym się do ponownego użycia.
Żywica ma także gwarantować tzw. samonaprawę – opowiada dr inż. Paweł Gąsior, lider zespołu. – Oznacza to, że po podgrzaniu zbiornik będzie powracał do swoich pierwotnych parametrów. Nasz projekt wpisuje się więc w ideę zero waste.
Badacze z PWr będą bezpośrednio zaangażowani w testy materiałowe prototypów zbiorników, które mają weryfikować ich wytrzymałość mechaniczną. Będą to testy hydrauliczne.
Sprawdzamy nimi maksymalne ciśnienie rozrywania takich zbiorników, czyli jakie maksymalne obciążenie może przyjąć zbiornik z tym ciśnieniem wewnętrznym – tłumaczy dr Gąsior. – Wykonujemy także testy zmęczeniowe w temperaturach pokojowych i ekstremalnych, czyli od -40 do +85 stopni Celsjusza, i w takich warunkach obciążamy zbiornik ciśnieniem zmiennym, co ma zasymulować codzienną eksploatację takiego zbiornika w pojeździe lub przy zastosowaniu stacjonarnym. W ten sposób symulujemy więc tankowanie i roztankowanie – objaśnia.
W Laboratorium Zbiorników Wysokociśnieniowych naukowcy będą takim konstrukcjom także zadawać programowane uszkodzenia, czyli np. nacinać je, zrzucać i powodować defekty – symulując w ten sposób zdarzenia, do jakich może dojść, gdy takie zbiorniki są wykorzystywane (np. gdy zbiornik jest zamontowany na dachu wysokiego pojazdu i dojdzie do jego uszkodzenia pod niskim wiaduktem).
Cyfrowy bliźniak
Zespół z Wrocławia będzie także nadzorował podobne testy zbiorników kriogenicznych, które będą wykonywane u zewnętrznych partnerów projektu, oraz będzie odpowiedzialny za wdrożenie systemu pomiarowego do monitorowania stanu technicznego zbiorników.
Będzie opierał się o czujniki światłowodowe, wykorzystywane do pomiarów m.in. odkształceń czy temperatury. Bierzemy pod uwagę dwa rozwiązania: czujniki punktowe ułożone w siatkę umieszczoną na zbiorniku oraz czujniki rozłożone, wykorzystujące całą długość kabla światłowodowego, zintegrowanego z kompozytem – precyzuje dr Gąsior.
Dane zebrane z tych czujników pomogą w stworzeniu tzw. cyfrowego bliźniaka zbiornika, czyli numerycznego odpowiednika rzeczywistego zbiornika. Takie rozwiązanie pozwala na symulowanie różnych warunków pracy zbiornika i weryfikowanie konkretnych założeń związanych np. z monitorowaniem konstrukcji, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów prac eksperymentalnych.
źródło: PWr