Heimsmarkmiðið um að ná núlllosun fyrir árið 2050 knýr hraðan vöxt samsettra þrýstihylkja.
mynd
Samsett þrýstihylki
Háþrýstigasgeymsluhylki eru einn stærsti og ört vaxandi markaðurinn fyrir háþróaða samsetta efnasamsetningu, sérstaklega þráðsára koltrefjasamsetningar. Þrátt fyrir að hægt sé að nota þau í sjálfstætt öndunartæki og til að útvega súrefnis- og gasgeymslu fyrir geimfarartæki, er aðallokamarkaðurinn fyrir fljótandi própangas (LPG), þjappað jarðgas (CNG), endurnýjanlegt jarðgas (RNG) og vetni (H2) geymsla. Á meðan gaskútar eru notaðir í bíla er vaxandi eftirspurn eftir þeim á matreiðslu- og upphitunarmörkuðum í þróunarlöndum.
Eldsneytiskerfi eins og þjappað jarðgas (CNG), endurnýjanlegt jarðgas (RNG) og vetni (H2) eru í auknum mæli notuð í bílum, rútum, sendibílum og öðrum "Endurbirgða bensínstöðvum eða magnflutningum á iðnaðarsvæðum. Í ökutækjum eru þessar eldsneytisgeymar eru mikilvægur hluti af hreinum, losunarlausum aflrásum sem draga úr eða koma í stað bensíns, dísilolíu og flugvélaeldsneytis. Þessar aflrásir bjóða einnig upp á hleðslulausan valkost fyrir rafhlöðuknúin farartæki, sem krefjast eldsneytisuppbyggingar og eldsneytistíma sem er svipaður og jarðefnaeldsneyti. eldsneyti.
Það eru 5 gerðir af þrýstihylki:
Tegund I: Öll málmsmíði, venjulega stálbygging.
Tegund II: Aðallega málmur með nokkrum hringvönduðum trefjum, venjulega stál- eða álmálmi og trefjagleri samsett efni, málmílátið deilir nokkurn veginn sama byggingarálagi og samsett efni.
Tegund III: Málmfóðrið er algjörlega vafinn með samsettum efnum, venjulega er samsett efni úr koltrefjum vafið utan um álfóðrið og samsetta efnið ber burðarvirki.
Tegund IV: Allt samsett uppbygging, venjulega innri tankur úr pólýamíði (PA) eða háþéttni pólýetýleni (HDPE), innri tankurinn er vafnaður með koltrefjum eða samsettu efni blandað með koltrefjum/glertrefjum, og samsett efni efni ber allt burðarvirki.
Tegund V: Fóðurlaus, alsamsett smíði.
Hefð er fyrir að Tegund I hélt meira en 90 prósent af markaðnum, en þetta hefur verið gert mögulegt með aukinni sölu á Tegund III og Tegund IV þrýstihylkjum vegna þyngdarsparnaðar frá samsettum efnum og bættrar geymsluskilvirkni þjappaðs gass. Tegund V er enn á frumstigi og uppfyllir aðallega þarfir rýmisumsókna. Með þróun nýja geimiðnaðarins er þetta vörutegund sem vert er að vekja athygli á. Til dæmis, í apríl 2020, þróaði bandaríska fyrirtækið Infinite Composites Technologies (ICT) A kúlulaga V-laga frystitank sem notaður var til að geyma frystandi fljótandi drifefni á eldflaugaknúnum geimskotförum. Þessi linerless koltrefja epoxý cryosphere tankur er framleiddur með því að nota filament vinda og iðnaðar ofn ráðhús ferli.
Markaðsdrifnar og vaxtarhraði
Helsti drifkraftur þessa markaðar er vaxandi skuldbinding á heimsvísu til að draga úr áhrifum á loftslag með því að skipta úr jarðefnaeldsneyti yfir í endurnýjanlegt, losunarminnkandi eldsneyti eins og CNG, RNG og H2 til að ná núlllosun árið 2050. Samkvæmt nýrri skýrslu frá Alþjóðaorkumálastofnuninni, „Nettó núlllosun árið 2050: Vegvísir fyrir alþjóðlega orkugeirann“: Loftslagsskuldbindingarnar sem ríkisstjórnir hafa gengist undir hingað til, ef þær verða að fullu framkvæmdar, eru langt undir 2050 markmiðinu um að draga úr nettóorkutengd koltvísýringslosun á heimsvísu í núll í staðinn gefur heiminum tækifæri til að takmarka hækkun hitastigs á jörðinni við 1,5 gráður.
Þess má geta að til viðbótar við ofangreindar skuldbindingar hafa bandarísku fylkin Connecticut, Maryland, Massachusetts, New Jersey, New York, Oregon, Rhode Island, Vermont og Washington þegar skuldbundið sig til að framleiða ekki nýja jarðefnaeldsneytis fólksbíla, á meðan , ganga til liðs við Kaliforníu, Colorado, Hawaii, Maine, Norður-Karólínu, Oregon, Pennsylvaníu og District of Columbia til að banna sölu á nýjum jarðefnaeldsneyti meðal- og þungum farartækjum.
Til marks um vöxt hefur bandaríska Cummins Inc., sem framleiðir 130 milljónir brunahreyfla (ICEs) á ári, sem margar hverjar eru notaðar í rútur og meðal- og þunga vörubíla, fjárfest í þróun Class. 8 eldsneytisfrumubíll og vetnisknúna vél. Í júní 2021 sagði Cummins að í lok þessarar aldar muni þessar vörur nálgast heildareignarkostnað (TCO) dísilvélar og að þungaflutningar í framtíðinni verði knúnir af vetni, efnarafalum eða rafhlöðum frekar en dísilolíu.
Heimssala á jarðgasfarartækjum (NGV) árið 2020 var meiri en áður var spáð: 29,8 milljónir eininga voru í raun seldar á móti 24,4 milljónum sem spáð var, samkvæmt 2021 Grandview rannsóknarskýrslunni. Í skýrslunni er einnig spáð að sala árið 2021 verði um það bil 31 milljón einingar og muni aukast í 38,9 milljónir einingar árið 2028 og ná samansettum árlegum vexti (CAGR) upp á 3,3 prósent. DataIntelo heldur því fram að á CNG skipamarkaði séu skip af gerð I um það bil 55 prósent af markaðnum, en skip af gerð II, gerð III og gerð IV eru um það bil 25 prósent, 15 prósent og 5 prósent af markaðnum, í sömu röð.
Tony Roberts hjá AJR Consulting og Dan Pichler hjá CarbConsult spáðu því að eftirspurn eftir koltrefjum í samsettum þrýstihylkum muni aukast úr 13.100 tonnum árið 2021 í 20.230 tonn árið 2026 og gert er ráð fyrir að heildareftirspurn eftir koltrefjum árið 2021 verði 106.700 tonn. Hér að neðan er gert ráð fyrir að heildareftirspurn eftir koltrefjum verði 169,000t árið 2026. Roberts og Pichler áætla að megnið af koltrefjum sem notaðar eru í þrýstihylki fari í hreyfanlegar rör (6900 t árið 2026) og rútur og sendibílar (6400t árið 2026).
Að auki, samkvæmt útgáfu nýrra vetniseldsneytisbíla um allan heim, er áætlað að hver 700bar vetnisgeymir sem inniheldur 60 prósent trefja og vegur 5,6 kg muni nota 62-72kg af koltrefjum. Árið 2030 munu aðeins vetnisgeymar þurfa á koltrefjum að halda. Rúmmálið mun ná 166650t. Hins vegar eru áætlanir um þessi farartæki íhaldssamar, þar sem gert er ráð fyrir að aðeins 1 prósent þungra vörubíla, innan við 10 prósent strætisvagna og innan við 1 prósent bíla noti vetni.
Notkun samsettra efna fyrir þrýstihylki
Samsett þrýstihylki af gerð IV til vetnisgeymslu eru gerð með því að vinda koltrefjum um plastfóðrið og setja á epoxýplastefni. Birgjar samsettra efnabúnaðar sem hanna og framleiða mjög sjálfvirkar turnkey framleiðslulínur vetnisgeymslutanka eru meðal annars: Autonational Composites í Hollandi, Engineering Technology í Bandaríkjunum, McClean Anderson í Bandaríkjunum, MIKROSAM í Makedóníu og Roth Composite Machinery í Þýskalandi, hið síðarnefnda. heldur því fram að hægt sé að gera framleiðslu vetnisgeymslutanka fimm til tíu sinnum hraðari með nýju Rothawin tækninni. MIKROSAM heldur því fram að viðskiptavinur þess, rússneska JSC DPO Plastik, hafi notað stærstu framleiðslulínu heims til framleiðslu á CNG gámum og vetnisgeymslugeymum, sem getur vindað 60,000 gáma á ári.
Þýska Cevotec segir að það geti sparað 20 prósent í efni og 20 prósent í hringrásartíma með því að nota Fiber Patch Placement (FPP) kerfi sitt á hvelfingu svæði þrýstihylkis. Forstjóri Cevotec útskýrði að til að geyma 1 kg af vetni er vinnuþrýstingurinn í ílátinu allt að 700 bör sem þýðir að það þarf um 10 kg af koltrefjum sem er mjög hátt hlutfall. FPP kerfið er fær um að setja nákvæmlega hannaða koltrefjaplástra á svæði sem stundum valda vandamálum meðan á vindaferlinu stendur. Sagt er að eitt FPP kerfi geti styrkt gáma frá mörgum vindavélum.
Þó að flest tegund IV þrýstihylki sem notuð eru til að geyma þjappað gas noti koltrefjar til að styrkja burðarvirki og glertrefjar fyrir ytra lagið til að koma í veg fyrir skemmdir, notar norska Umoe Advanced Composites (UAC) aðeins glertrefjar fyrir tegund IV ílát sín. UAC býður upp á 200-350 barskip fyrir jarðgasflutningamarkaðinn frekar en bílamarkaðinn og mun stækka vöruúrval sitt til að innihalda 450-500 barskip árið 2022. Eins og fram kemur af forstjóra UAC, Øyvind Hamre, glertrefja -styrkt fjölliða (GFRP) skip kosta það sama og stálílát, en eru 70 prósent léttari. Í samanburði við CFRP ílát, þó að GFRP ílát séu þyngri, lækka þeir kostnaðinn um 50 prósent.
mynd
Tegund IV ílát úr glertrefjastyrktum samsettum efnum eru ódýrari en koltrefjablöndur og léttari en stálílát (mynd í gegnum Umoe Advanced Composites)
Vetnisgeymar á mörgum mörkuðum
Fyrir Hexagon Purus í Noregi og NPROXX í Hollandi (50:50 samstarfsverkefni Cummins og Cimmaron Composites í Bandaríkjunum, hefur það verið keypt af Hanwha í Suður-Kóreu. Fyrirtækið tilkynnti árið 2021 að það muni fjárfesta 130 milljónir Bandaríkjadala í Alaba, Bandaríkjunum Dreifing er einnig mikilvægur markaður fyrir byggingu nýrrar framleiðsluverksmiðju í Opelika, MA.
Notkun vetnisgeymslutanka hefur ekki aðeins vaxið á dreifingarmarkaði, heldur einnig á sviði bíla, vörubíla, járnbrautaflutninga og sjóflutninga. „Sumir sendibíla sem smíðaðir eru í Evrópu verða knúnir vetni,“ sagði Michael Himmen, framkvæmdastjóri og yfirmaður sölusviðs hjá NPROXX, framleiðanda vetnisgeymslutanka. Samkvæmt evrópskum reglugerðum, fyrir árið 2030, verða OEM framleiðendur vörubíla að tryggja að koltvísýringslosun vörubíla þeirra minnki að meðaltali um 30 prósent miðað við 2019 stig. Samkvæmt tillögu Himmens geta 5 prósent evrópskra flutningabíla notað vetnisafl, sem þýðir að alls þarf 15,000 til 20,000 vetnisknúna vörubíla á hverju ári. Hann er viss um að hægt væri að smíða 2,000 vetnisknúna sendibíla á ári frá og með 2026-27 og stækka þaðan jafnt og þétt. Ef hvert ökutæki er búið 5 til 7 vetnisgeymum af gerð IV, innan 10 ára, gætu þungaflutningabílar þurft 100,000 vetnisgeyma og 6,000 tonn af koltrefjum á ári.
Hvað varðar járnbrautir hafa Coradia iLint vetnisknúnar lestir Alstom verið teknar í notkun í Þýskalandi. 14 lestir til Neðra-Saxlands hafa byrjað að keyra árið 2021 og 27 lestir til Rínarsvæðisins munu hefjast árið 2022. ár eftir notkun. Að auki er verið að prófa iLint lestir í Austurríki og Hollandi. Tveir vagnar lestarinnar nota 24 vetnisgeyma af tegund IV sem eru settir í þakklefa ofan á hvorum bíl sem einnig innihalda efnarafala. Hexagon Composites útvegaði vetnisgeymslutankinn fyrir frumgerð lestarinnar byggt á þungum geymslutanki hennar með þvermál 416mm og lengd 3128mm, sem getur haldið 300L eða 9kg af vetni við þrýsting upp á 350 bör. Nú útvegar NPROXX vetnisgeymslutanka með 500 mm þvermál, 2200 mm lengd og 350bar geymsluþrýstingi fyrir iLint lestir.
mynd
Alstom hefur selt 41 Coradia iLint vetnisknúna lest og er að prófa aðrar (mynd í gegnum Alstom)
mynd
Franska járnbrautafyrirtækið SNCF hefur pantað 12 Coradia Polyvalent rafmagns- og vetnisknúnar svæðislestir frá Alstom (mynd með Alstom)
mynd
Alstom vinnur með Eversholt Rail í Bretlandi að því að breyta rafdrifnum lestum í vetnisknúnar Breeze lestir (mynd í gegnum Alstom)
Önnur þróun sem tengist vetnisknúnum lestum er meðal annars: Mireo Plus H lestin með 2 og 3 vögnum þróuð af þýska Siemens, sem verður prófuð í nokkrum héruðum Þýskalands á 2023-2024. Á sama tíma útvegar Hexagon Purus vetnisgeymslutanka af gerð IV fyrir Vittal-One lestirnar sem Talgo á Spáni mun hefja prófanir á árið 2023. Hexagon Purus mun einnig útvega vetnisgeyma til svissnesku Stadler Rail fyrir fyrstu FLIRT lest sína sem byggð er og prófuð í Sviss, sem mun hefja þjónustu í San Bernardino, Kaliforníu, Bandaríkjunum árið 2024.
mynd
Siemens er að þróa Mireo Plus H lestina til að prófa í 2023-2024 (mynd frá Siemens)
Hvað siglingar varðar tilkynnti Hexagon Purus í júní 2021 að það muni stofna nýtt dótturfélag, Hexagon Purus Maritime. „Við sjáum nú öra aukningu í eftirspurn og aðgerðum eftir vetni á sjávarmarkaði,“ útskýrir Jørn Helge Dahl, sölu- og markaðsstjóri hjá Hexagon Purus. Geymsluforrit á hafi úti gefa tilvalin lausn." Dahl telur að sjávarútvegurinn muni sjá fleiri og fleiri verkefni fjárfest í greininni þegar 2030 nálgast, knúin áfram af markmiðum sem Alþjóðasiglingamálastofnunin (IMO, London, Bretlandi) hefur sett sér. Þessi verkefni eru m.a. : Öll ný og núverandi skip verða að draga úr losun koltvísýrings um 40 prósent fyrir 2030 og um 70 prósent árið 2050, samanborið við 2008.
Árið 2020 varð skyndilegur áhugi á vetni í flugi þegar frönsk stjórnvöld komu Airbus til bjargar vegna afleiðinga COVID-19 faraldursins en krafðist þess að það komi vetnisknúnum atvinnuflugvélum á markað fyrir árið 2035. Sumarið 2020 hóf Airbus ZEROe verkefnið sitt með þremur flugvélagerðum, en 1/3 þeirra að aftan eru notaðir til að geyma fljótandi vetni og krefjast froststýringar.
Annar valkostur fyrir svæðisbundna túrbóprops er tveggja skriðdrekaeiningin þróuð af bandaríska fyrirtækinu Universal Hydrogen, sem notar CFRP ramma. „Við útvegum einingarnar á eftirspurn, svo það er engin þörf á vetnisgeymslu,“ útskýrði JP Clarke, tæknistjóri Universal Hydrogen. "Þessar einingar er hægt að hlaða inn í flugvélina á einfaldan hátt, rétt eins og rafhlöður eða eldhúsvörur." Fyrirtækið, sem tilkynnt var árið 2021, hefur skrifað undir viljayfirlýsingu við þrjú svæðisbundin flugfélög um að endurbæta vetnisknúna knúningskerfi fyrir núverandi túrbóflugvélar.
Bandaríska fyrirtækið ZeroAvia tilkynnti í apríl 2021 að það væri að þróa 2-sæta fyrir 50-sæti svæðisþotu.
MW vetnisrafmagns aflrása. Fyrirtækið kláraði 24,3 milljónir dala í fjármögnun árið 2021, sem mun hjálpa því að ná markaðssetningu árið 2024 og byrja að þjóna borgaralegum svæðisflugvélum árið 2026.
Áskoranir vetnisgeymslu
Tegund IV ílát standa einnig frammi fyrir alvarlegum vandamálum. Sérstaklega er kostnaður við koltrefjar sem gerir þessar ílát mjög dýrar. Annað lykilatriði er geymsluþéttleiki. Þó að þjappað vetni veiti þrisvar sinnum meiri orku á hvern massa bensíns, er orka þess á hvert rúmmál talsvert lægri, sem krefst stórra íláta til að standast háan þrýsting sem þarf til að geyma nóg eldsneyti. Vetni býður í raun upp á meiri þéttleika sem frostvökvi þegar það er geymt við -253 gráðu, en þegar það er geymt í cryogenic compression (CCH2) tanki við -230 gráðu, 300 bör, er sagt að vetni hafi meiri eðlismassa en þegar það er geymt við 700 bör 50 prósent hærra í tegund IV ílátum. Cryogenic tankar eru almennt úr málmi og enn hefur ekki verið sýnt fram á að frosttankar úr samsettum efnum hafi nákvæmlega sömu afköst og þreytulíf og sýnt er fram á í tegund IV þjappað gasílát, sem hafa verið Afköst gögn safnað yfir 25 ár.
Annað mál er að framleiðsla á milljónum vetnisgeymslugeyma sem þarf til að uppfylla markmið um eftirspurn eftir eldsneytisafrumum (FCV) og innviðaeftirspurn gæti ekki verið tiltæk í tíma fyrir það mikla magn af koltrefjum sem þarf. „Að fá nóg af koltrefjum er eitt helsta áhyggjuefni okkar. Himmen hjá NPROXX sagði að afkoma fyrirtækisins á 2020-2021 reikningsárinu hafi tvöfaldast og muni halda áfram að tvöfaldast á næsta reikningsári. "Við erum ekki einir, ég held að Hexagon vaxi á sama hraða. Við þurfum koltrefjar með ákveðnum gæðum og afköstum á ákveðnu verði." Eins og er, nota flest tegund IV skip Toray's T700 trefjar (togstyrkur 4900MPa, stuðull 230MPa) eða svipaðar trefjar. "Trefjarnar eru ekki nógu sterkar, sem þýðir að það þarf að vefja hana nokkrum sinnum í viðbót, sem gerir ílátið þykkara, sem er óásættanlegt. Ef þú veist ekki núna hvaðan trefjarnar þínar koma á næsta ári, gætirðu í raun verið með að hætta framleiðslu.“
Önnur stór áskorun fyrir skip af gerð IV er kostnaður við koltrefja og CFRP skip. Nýir skipaframleiðendur og franskir bílaframleiðendur Plastic Omnium og Faurecia hafa bæði sett sér markmið um að draga úr kostnaði við vetnisgeymslutanka af gerð IV um 30 prósent til 75 prósent fyrir árið 2030 en auka geymsluskilvirkni. hækka um meira en 7 prósent. Í þessu skyni er stöðugt verið að kynna nýja tækni, allt frá FPP tækninni sem Cevotec í Þýskalandi notar til að stytta tíma og kostnað við CFRP umbúðir fyrir gámahvelfingar, til þrívíddarvindatækninnar sem Cygnet Texkimp hefur hleypt af stokkunum í Bretlandi til að draga úr skemmdum á trefjum, og til The in-situ gámaskynjunartækni sem er hleypt af stokkunum af Com&Sens, sérfræðingi í samþættingu samsettra efna skynjara, Belgíu.
