I Sandia National Laboratories hanno aiutato a progettare la prima generazione di stazioni di rifornimento per auto alimentate a idrogeno in modo che siano sicure come le stazioni di servizio convenzionali. Ora, Sandia sta lavorando per fare lo stesso per la prossima generazione di stazioni di idrogeno.

Per stare al passo con la crescente domanda di carburante a idrogeno, i rivenditori devono costruire molte più stazioni di rifornimento. Questa espansione richiede il passaggio dall'idrogeno gassoso a quello liquido perché liquido, essendo più denso del gas, consente ai rivenditori di immagazzinarne di più nella stessa quantità di spazio.

Un nuovo accordo di ricerca e sviluppo cooperativo con Sandia consentirà al più grande rivenditore di idrogeno negli Stati Uniti fino ad oggi, Carburante Primo Elemento, costruire molte altre di queste stazioni di idrogeno liquido all'avanguardia. Aiuterà anche a modernizzare i codici di sicurezza della National Fire Protection Association relativi alle distanze di sicurezza dell'idrogeno liquido, che non sono stati aggiornati da decenni. I codici aggiornati a loro volta andranno a vantaggio dei rivenditori di idrogeno e dei vigili del fuoco nella progettazione e nell'autorizzazione di nuovi, stazioni più sicure

Utilizzando il software progettato da Sandia, il primo nel suo genere, il team di ricerca di Sandia sta quantificando l'effetto delle perdite di idrogeno da vari progetti di sistema, e le misure di sicurezza utilizzate per rilevare e proteggere dagli effetti delle perdite.

"Possiamo fare queste domande 'e se', come 'come potrebbe verificarsi una perdita qui?' e 'come possiamo mitigare gli effetti?' in modo che le perdite abbiano meno possibilità di causare problemi, " ha spiegato il co-leader del progetto Chris LaFleur. "In questo modo, possiamo consentire l'alimentazione a idrogeno dei veicoli a celle a combustibile in luoghi in cui non è mai stato possibile andare prima, come i centri affollati di grandi, città densamente popolate».

Crescente domanda di idrogeno liquido

Le auto alimentate a idrogeno si ricaricano con la stessa rapidità di quelle alimentate a benzina e guidano altrettanto lontano. Inoltre, l'unica emissione dai loro tubi di scappamento è l'acqua pura, un fattore nella loro crescente popolarità. Uno dei maggiori ostacoli alla crescita del trasporto a idrogeno è la costruzione di un numero sufficiente di stazioni di rifornimento.

"Abbiamo bisogno di più stazioni e più grandi, Più veloce, attrezzature migliori perché abbiamo più clienti e più richieste di quanto avessimo mai sognato, " ha detto Tim Brown, COO di First Element Fuel, la più grande azienda di vendita al dettaglio di idrogeno degli Stati Uniti. First Element gestisce attualmente 19 stazioni in California, ciascuno con una sola pompa e un tubo. Anche le stazioni gestite da altri rivenditori sono limitate.

Anche se sono solo 5, 000 auto a celle a combustibile a idrogeno in circolazione oggi negli Stati Uniti - Toyota Motor Corp., Honda Motor Company Ltd. e Hyundai Motor Company li vendono tutti:la fornitura di carburante non è sufficiente per impedire l'accumulo di file di conducenti nelle stazioni, ha detto Brown.

Una volta Mercedes-Benz, General Motors e altri portano sul mercato i loro modelli di celle a combustibile, il fabbisogno di carburante non farà che aumentare. First Element prevede di aprire una dozzina di nuove stazioni di rifornimento di idrogeno in California nel 2019 per soddisfare questa domanda.

Attualmente, il mercato al dettaglio dell'idrogeno negli Stati Uniti è principalmente in California a causa delle politiche governative che incentivano le case automobilistiche a vendere nello stato, con la maggior parte delle stazioni situate nella baia di San Francisco, Los Angeles, e aree di San Diego. Anche altri stati stanno pianificando stazioni commerciali nei prossimi anni sia per le autovetture che per i veicoli pesanti come autobus e camion.

Sfida criogenica

Le domande di sicurezza "what if" sono quelle a cui il team ha risposto in precedenza rispetto ai modelli di perdite di idrogeno gassoso. Però, l'idrogeno liquido porta con sé una serie di vantaggi e sfide unici.

Da una parte, l'idrogeno liquido può essere immagazzinato a una pressione significativamente inferiore a quella del gas, che riduce il rischio di perdite. Però, l'idrogeno liquido è anche criogenico, il che significa che deve essere tenuto molto freddo (circa 423 gradi F).

"Una volta rilasciato, l'idrogeno liquido può effettivamente congelare l'aria intorno ad esso, ", ha detto l'analista del rischio di Sandia Brian Ehrhart. "Questo rappresenta una sfida per il calcolo della concentrazione di idrogeno nell'aria".

La quantità di idrogeno e ossigeno allo stato gassoso o liquido è interdipendente, poiché più si liquefa, più si scalda e viceversa. Il team affronta questa sfida assumendo una "zona" iniziale di miscelazione idrogeno/aria che riscalda la miscela fino a un punto in cui i modelli di dispersione del gas di Sandia possono prevedere il comportamento.

Questa semplificazione consente al team di prevedere quanto lontano dalla perdita esiste la concentrazione infiammabile, piuttosto che concentrarsi sulla miscela subito dopo il rilascio e utilizzare modelli fluidodinamici più costosi.

I benefici abbondano per gli scienziati, rivenditori e consumatori

Un risultato di questo processo di modellazione è che First Element Fuel avrà un rigoroso, prove scientifiche per aiutarli a ottenere i permessi per le 12 stazioni che stanno progettando di costruire.

"Sandia è il gold standard per quanto riguarda la scienza, "Bruno ha detto, "Se i risultati di Sandia mostrano x, yez, allora credo che siano x, y e z. Non ci sono seconde ipotesi. so che è giusto, il maresciallo dei vigili del fuoco sa che è giusto, e così fanno tutti gli altri. Sandia porta la professionalità, rigore e precisione non credo di poter ottenere da nessun'altra parte."

Anche Sandia beneficia del progetto, perché consente al team di dimostrare i propri modelli su progetti di sistemi reali. Per di più, Sandia collabora direttamente con l'Associazione Nazionale Antincendio, ei dati di questo progetto verranno utilizzati per informare e aggiornare i loro codici di sicurezza dell'idrogeno liquido.

I nuovi codici consentiranno di valutare le future stazioni di rifornimento da uno standard basato sulle prestazioni, piuttosto che prescrittivo. LaFleur ha condiviso un'analogia culinaria per spiegare la differenza tra i due tipi di codici. "Un codice prescrittivo è come una ricetta che prevede rigorosamente 3 tazze di farina, 2 once di cioccolato, e 3 uova per fare una torta. Uno standard basato sulle prestazioni dice, 'fare una torta al cioccolato alta 3 pollici che ha un buon sapore, ' e tu decidi come procedere, " lei disse.

I codici aggiornati basati sulle prestazioni renderanno inoltre più facile per i rivenditori in qualsiasi parte del paese costruire stazioni sicure, anche se non possono soddisfare determinati requisiti di codice precisi. Ciò a sua volta incoraggerà la crescita all'interno dell'industria dei veicoli a idrogeno.

Il lavoro di modellazione di Sandia supporta anche l'iniziativa H2@Scale del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, che si concentra sulla produzione su larga scala di idrogeno da diverse risorse nazionali. Il progetto considera anche l'uso dell'idrogeno in più settori come la produzione di acciaio, produzione di fertilizzanti, raffinazione e trasporto del petrolio.

"La nostra missione è sempre stata quella di favorire l'adozione di queste vetture, garantire una migliore qualità dell'aria e la sicurezza energetica, "Ha detto Brown. "Questa è la parte del progetto che vivrà oltre le particolari stazioni che stiamo costruendo in questo momento".