Nogle kan lide det kryogent

Sandia National Laboratories hjalp med at designe den første generation af tankstationer til brintdrevne biler, så de er lige så sikre som konventionelle tankstationer. Nu, Sandia arbejder på at gøre det samme for den næste generation af brintstationer.

For at følge med den stigende efterspørgsel efter brintbrændstof, detailhandlere skal bygge mange flere tankstationer. Denne ekspansion kræver, at der skiftes fra gasformigt til flydende hydrogen, fordi væske, være tættere end gas, gør det muligt for forhandlere at opbevare mere af det i samme mængde plads.

En ny kooperativ forsknings- og udviklingsaftale med Sandia vil tillade den største brintforhandler i USA til dato, Første elementbrændstof, bygge mange flere af disse banebrydende flydende brintstationer. Det vil også hjælpe med at modernisere National Fire Protection Association sikkerhedskoder vedrørende flydende brintsikkerhedsafstande, som ikke er blevet opdateret i årtier. De opdaterede koder vil igen være til gavn for brintforhandlere og brandmestre ved at designe og tillade nye, sikrere stationer.

Ved hjælp af den første af sin slags Sandia-designet software, Sandia -forskerteamet kvantificerer effekten af ​​brintlækager fra forskellige systemdesign, og de sikkerhedsforanstaltninger, der bruges til at opdage og beskytte mod virkningerne af lækager.

"Vi kan stille disse 'hvad nu hvis' spørgsmål, såsom 'hvordan kunne en lækage ske her?' og 'hvordan kan vi afbøde virkningerne?' så lækagerne har mindre chance for at forårsage problemer, "forklarede projektleder Chris LaFleur." På denne måde, vi kan muliggøre brintopfyldning af brændselscellebiler på steder, det aldrig har været muligt at køre før, som de travle nedture i store, tætpakket by. "

Stigende efterspørgsel efter flydende brint

Biler drevet af brintpåfyldning lige så hurtigt som dem, der drives af benzin og kører lige så langt. Ud over, den eneste emission fra deres udstødningsrør er rent vand - en faktor i deres voksende popularitet. En af de største hindringer for væksten i brintdrevet transport er at bygge nok tankstationer.

"Vi har brug for flere stationer og større, hurtigere, bedre udstyr, fordi vi har flere kunder og større efterspørgsel, end vi nogensinde havde drømt om, "sagde Tim Brown, COO for First Element Fuel - USA's største detailbrintfirma. First Element driver i øjeblikket 19 stationer i Californien, hver med kun en pumpe og en slange. Stationer, der drives af andre forhandlere, er ligeledes begrænsede.

Selvom der kun er omkring 5, 000 brintbrændstofcellebiler på vej i dag i USA - Toyota Motor Corp., Honda Motor Company Ltd. og Hyundai Motor Company sælger dem alle - brændstoftilførslen er ikke nok til at forhindre, at chaufførerne samler sig på stationerne, Sagde Brown.

Engang Mercedes-Benz, General Motors og andre bringer deres brændselscellemodeller på markedet, brændstofbehovet vil kun stige. First Element planlægger at åbne et dusin nye brintstationer i Californien i 2019 for at imødekomme denne efterspørgsel.

I øjeblikket, det amerikanske brintmarked for detailhandel er hovedsageligt i Californien på grund af regeringens politikker, der tilskynder bilproducenter til at sælge i staten - med størstedelen af ​​stationer i San Francisco -bugten, Los Angeles, og San Diego områder. Andre stater planlægger også kommercielle stationer i de næste par år for både personbiler og tunge køretøjer som busser og lastbiler.

Kryogen udfordring

'Hvad hvis' sikkerhedsspørgsmålene er dem, teamet tidligere har besvaret med hensyn til modeller af gasformige brintlækager. Imidlertid, flydende brint bærer sit eget sæt unikke fordele og udfordringer.

På den ene side, flydende brint kan lagres ved betydeligt lavere tryk end gas, hvilket sænker risikoen for lækage. Imidlertid, flydende hydrogen er også kryogen, hvilket betyder, at det skal holdes meget koldt (omtrent negativt 423 grader F).

"Når den blev frigivet, flydende brint kan faktisk fryse luften omkring det, "sagde Sandia -risikoanalytiker Brian Ehrhart." Dette er en udfordring for at beregne koncentrationen af ​​brint i luften. "

Mængden af ​​hydrogen og ilt i enten gas- eller flydende tilstand er afhængig af hinanden, da den mere flydende, jo mere varmer man og omvendt. Teamet forhandler denne udfordring ved at antage en indledende "zone" med hydrogen/luftblanding, der varmer blandingen til et punkt, hvor Sandias gasspredningsmodeller kan forudsige adfærd.

Denne forenkling gør det muligt for teamet at forudsige, hvor langt væk fra lækagen den brandfarlige koncentration eksisterer, frem for at fokusere på blandingen lige ved siden af ​​udgivelsen og bruge dyrere væskedynamik -modeller.

Der er mange fordele for forskere, detailhandlere og forbrugere

Et resultat af denne modelleringsproces er, at First Element Fuel vil have strenge, videnskabsbaseret bevis for at hjælpe dem med at få tilladelser til de 12 stationer, de planlægger at bygge.

"Sandia er guldstandarden for videnskaben, "Sagde Brown, "Hvis Sandias resultater viser x, y og z, så tror jeg, de er x, y og z. Der er ikke noget andet gæt. Jeg ved, det er rigtigt, brandmarskal ved, at det er rigtigt, og det gør alle andre også. Sandia bringer professionalismen, stringens og nøjagtighed, jeg tror ikke, jeg kan få andre steder. "

Sandia drager også fordel af projektet, fordi det giver teamet mulighed for at demonstrere deres modeller om virkelige systemdesign. Desuden, Sandia arbejder direkte med National Fire Protection Association, og dataene fra dette projekt vil blive brugt til at informere og opdatere deres sikkerhedskoder for flydende brint.

De nye koder vil gøre det muligt at evaluere fremtidige tankstationer ud fra en præstationsbaseret standard, frem for en foreskrivende. LaFleur delte en madlavningsanalogi for at forklare forskellen mellem de to typer koder. "En forskriftskode er som en opskrift, der strengt kræver 3 kopper mel, 2 ounces chokolade, og 3 æg til at lave en kage. En præstationsbaseret standard siger, 'lav en chokoladekage 3 tommer høj, der smager godt, 'og du bestemmer, hvordan du skal gøre det, " hun sagde.

De opdaterede præstationsbaserede koder vil også gøre det lettere for detailhandlere i enhver del af landet at bygge sikre stationer, selvom de ikke kan opfylde visse præcise kodekrav. Det vil igen tilskynde til vækst inden for brintkøretøjsindustrien.

Sandias modelleringsarbejde understøtter også US Department of Energy's H2@Scale -initiativ, som fokuserer på storstilet produktion af brint fra forskellige indenlandske ressourcer. Projektet overvejer også brugen af ​​brint i flere sektorer, såsom stålfremstilling, gødningsproduktion, petroleumraffinering og transport.

"Vores mission har altid været at fremme vedtagelsen af ​​disse biler, sikre bedre luftkvalitet og energisikkerhed, "Sagde Brown." Det er den del af projektet, der vil leve videre ud over de særlige stationer, vi bygger lige nu. "