DuPont™ Vespel® a hidrogén energia szolgálatában

Természetesen a hidrogén előállítása során is figyelembe kell venni az egyes technológiák környezetterhelési hatását. A hidrogén nagyüzemi, gazdaságos, üvegházhatású gázok kibocsátása nélküli előállítása azonban még mindig kihívást jelent. A hidrogén előállításának legelterjedtebb, gyakran szürke hidrogénként emlegetett módszere a metán szén-dioxid-mentesítését jelenti gőzzel történő metánreformálással. Ez a folyamat melléktermékként CO₂-t szabadít fel. A folyamat tisztábbá tétele érdekében olyan technológiát fejlesztenek ki, amely lehetővé teszi a keletkező CO₂ megkötését. Ezzel a hozzáadott lépéssel ezt a fajta előállítási módot gyakran kék hidrogénnek nevezik. Olyan alternatív eljárásokat is fejlesztenek, amelyek kiküszöbölik a hidrogén előállítása során keletkező CO₂-t. Ezeket az eljárásokat zöld hidrogénnek nevezik, és általában a víz elektrolízisével, megújuló energiaforráson keresztül történő hidrogéntermelésre utalnak. Ennek a folyamatnak a mellékterméke egyszerűen oxigén, így az üvegházhatású gázok kibocsátása megszűnik.

Új kihívásokat hoz a hidrogén alkalmazása

A hidrogén, mint alternatív energiaforrás széleskörű alkalmazása a fosszilis tüzelőanyagokétól eltérő követelményeket támaszt. A hidrogén térfogati energiasűrűsége más üzemanyagokhoz képest rendkívül alacsony. Ebből kifolyólag ahhoz, hogy praktikus üzemanyagforrássá váljon, növelni kell az energiasűrűségét. Ezt általában a következőkkel érik el: a hidrogéngáz sűrítésével, nyomás alá helyezésével 350-700 bar közötti nyomáson, vagy hidrogén cseppfolyósításával légköri nyomáson -253 °C-ra hűtve. Mindkét állapotban a hidrogén térfogata a tárolás és szállítás szempontjából elfogadhatóbb méretűre csökken. A hidrogén folyadékként vagy sűrített gázként való tárolása azonban nehézségekbe ütközhet.

A hidrogén rendkívül reaktív, a levegőben meggyulladhat már 4 százalékos koncentrációban is. Emiatt biztonsági aggodalomra ad okot, ha ellenőrizetlen hidrogénszivárgás történik. Alacsony molekulatömege miatt a nyomás alatt lévő hidrogénmolekulák áthatolhatnak bizonyos anyagokon, beleértve a fémeket is, ami repedésekhez vezethet. Ezt a jelenséget hidrogén ridegségnek nevezik, jelentősen csökkentheti a szilárd fémek alakíthatóságát, és gyakori, amikor a fémek hidrogénnel változóan nagy nyomáson érintkeznek.

DuPont: Létezik megoldás

Ezekre a kihívásokra lehet megoldás a DuPont™ Vespel® márkanevű poliimid alapú műanyaga. A Vespel®SP poliimidet eredetileg a NASA-val együttműködve fejlesztették ki az Apollo űrprojekthez. Az elmúlt 50 év során a Vespel® alkatrészek és féltermékek (rúd, lap stb.) portfóliója folyamatosan bővült és mindegyike egyedi teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, amelyeket a töltőanyagok típusának és szintjének, valamint az alkatrészek vagy féltermékek különböző gyártási módszereinek variálásával érnek el. A Vespel® alkatrészek és féltermékek ellenállnak a hőnek, a kúszásnak, a kopásnak és a különböző vegyi anyagoknak, így ideális megoldást jelentenek a hidrogén sűrítésére, szállítására és tárolására.

Kisebb, de állandó modulus és nagyobb mechanikai ellenállás

A Vespel® „lágy, de erős" viselkedése kulcsfontosságú előny a kriogén és hidrogénszelep alkalmazások során. Ez teszi lehetővé, hogy tömítési teljesítménye alacsony hőmérsékleten is megfeleljen a magasszintű elvárásoknak. Ahhoz, hogy a hidrogénalkalmazásokhoz kiváló tömítést kapjunk, a tömítésnek kriogén és magas hőmérsékleten egyaránt jól kell teljesítenie, valamint ellenállnia a hirtelen hőmérséklet- és nyomásváltozásoknak, miközben mechanikai tulajdonságait megtartja. Legyen szó környezeti vagy kriogén hőmérsékletről, a Vespel® rugalmassági modulusa rendkívül stabil, ellentétben más polimerekkel, mint például a PEEK és a PCTFE, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten veszítenek rugalmasságukból.

Ezenkívül a Vespel® alkatrészek jobb végső nyomószilárdságot biztosítanak, amely felülmúlja a PEEK-et és a PCTFE-t, és magasabb hőmérsékleten csak kismértékben csökken.

Alacsony hidrogén áteresztőképesség

A hidrogén áteresztőképessége kulcsfontosságú anyagtulajdonság annak megállapításához, hogy egy polimer hosszú időn keresztül megfelelően képes tárolni a hidrogént. Minél kisebb az áteresztőképesség, annál jobb az anyag hidrogéntartó képessége és annál jobb a szivárgás elkerülése.

A PEEK-hez hasonló körülmények között összehasonlítva a Vespel® poliimid alkatrészek jelentősen alacsonyabb hidrogénáteresztő képességet mutatnak, amely még magasabb hőmérsékleten vizsgálva is kellően alacsony szinten marad.

Kúszás problematikája

A hidrogénszivárgások nagyrészt deformálódott tömítésekből erednek, ezért a tömítőelemekben használt anyagoknak kiváló kúszási teljesítményt kell mutatniuk. A Vespel® nagyfokú méretstabilitást mutat, így élettartam során tömítési teljesítményét megőrzi.

Súrlódás és kopás

A szelepek megfelelő működéséhez alacsony súrlódásra van szükség. Ez még fontosabb számos hidrogénalkalmazás kriogén környezetében. Az alacsony súrlódási együtthatójának köszönhetően a Vespel® segíthet a működtetési erő csökkentésében, ami hozzájárul az energiafogyasztás csökkentéséhez.

Ezenkívül a Vespel® hidrogénben való alacsony kopási aránya fontos tulajdonság, amely hozzájárul a szelep hosszú élettartamának biztosításához és a ritkább karbantartáshoz. Ugyanezek a jellemzők a szivattyúk és kompresszorok esetében is előnyösek a működési hatékonyság javítása és az energiafogyasztás lehetséges csökkentése szempontjából.

A Vespel® a válasz a hidrogénalkalmazások legszigorúbb tömítési követelményeire, köszönhetően a termikus, mechanikai és tribológiai tulajdonságok egyedülálló keverékének.

Forrás: DuPont™ Vespel® Parts for Hydrogen Energy sajtóanyag.

https://www.dupont.com/vespel.html

Lengyel Zoltán

Biesterfeld Interowa GbmH & CO KG.

[email protected]

+36 30 549 5272