Заправка воднем без необхідності охолодження: нова технологія з Кореї

Революційний прорив у галузі водневих технологій обіцяє кардинально змінити підходи до заправки екологічно чистого транспорту. Корейські дослідники представили першу у світі технологію, яка фундаментально запобігає значному підвищенню температури всередині бака під час заправки воднем під високим тиском. Ця інновація має потенціал суттєво скоротити час заправки, знизити витрати на створення та експлуатацію водневої інфраструктури, а також значно підвищити безпеку та ефективність усього процесу. Очікується, що розробка прискорить впровадження водневого транспорту та відповідної інфраструктури, зміцнюючи позиції країн у глобальній водневій економіці.

Авторами цієї передової розробки є наукова група під керівництвом головного дослідника Де Хван Кіма (Dae-Hwan Kim) з Лабораторії верифікації ядерного обладнання Пусанського дослідницького центру машинобудівних технологій, що входить до складу Корейського інституту машин та матеріалів (KIMM). Вчені успішно розробили та продемонстрували нову технологію, в основі якої лежить використання нестисливої рідини. Під час демонстраційних випробувань із заправкою воднем під тиском 350 бар команді вдалося довести, що підвищення температури всередині бака можна утримати в межах всього 5°C. Це усуває необхідність у попередньому охолодженні водню перед заправкою — процедурі, яка є стандартом для сучасних систем.

Традиційно, процес заправки водневих автомобілів стикається з фізичним явищем, відомим як адіабатне стиснення. Коли водень під високим тиском швидко закачується в бак, його температура різко зростає. Щоб запобігти перегріву бака та потенційному пошкодженню його компонентів, сучасні заправні станції змушені попередньо охолоджувати водень до екстремально низьких температур, зазвичай до -40°C. Однак цей підхід має суттєві недоліки: він збільшує час заправки, оскільки процес охолодження потребує часу та енергії, а також вимагає встановлення та обслуговування складних і дорогих систем охолодження, що значно підвищує вартість інфраструктури.

Новий метод, розроблений корейськими вченими, вирішує цю проблему принципово інакше. Він не бореться з наслідками підвищення температури, а усуває саму причину її виникнення. Принцип технології полягає в тому, що перед початком заправки водневий бак попередньо заповнюється нестисливою рідиною, наприклад, звичайною водою. Потім, у міру того, як водень під тиском подається в бак, ця рідина одночасно виводиться з нього. Оскільки рідина є практично нестисливою, вона займає об'єм, не дозволяючи водню різко стискатися при заповненні порожнього простору. Це ефективно запобігає адіабатному стисненню газу всередині бака, а отже, і швидкому підвищенню його температури та внутрішнього тиску. Як результат, процес заправки стає набагато стабільнішим і безпечнішим, при цьому відпадає потреба у громіздкій системі попереднього охолодження.

Переваги нової технології є багатогранними. По-перше, вона дозволяє значно прискорити процес заправки порівняно з існуючими методами, що підвищує зручність для користувачів водневого транспорту. По-друге, стабільний контроль температури під час заправки підвищує рівень безпеки. По-третє, відсутність необхідності у високопродуктивних системах охолодження призводить до суттєвого зниження витрат на будівництво та обслуговування водневих заправних станцій, що робить інфраструктуру економічно вигіднішою для операторів. Крім того, запобігання значним температурним коливанням зменшує термічну деградацію внутрішніх компонентів бака, що сприяє збільшенню терміну його служби та довговічності. Це, у свою чергу, знижує витрати на технічне обслуговування як для водневих транспортних засобів, так і для заправної інфраструктури в довгостроковій перспективі.

Головний дослідник Де Хван Кім підкреслив значення розробки: «Ця новітня технологія долає обмеження існуючих методів заправки воднем і кардинально підвищує ефективність інфраструктури. Наразі ми вивчаємо потенціал її застосування не лише в автомобілях, але й у великогабаритних водневих контейнерах, що використовуються на кораблях, поїздах та у військовій техніці. Це стане ключовим технологічним досягненням для просування водневої економіки та забезпечення конкурентоспроможності на світовому ринку».

Дослідження проводилося за підтримки основного проєкту KIMM в рамках ініціативи під назвою «Промислова підтримка та планування перспективних майбутніх механічних технологій — Розробка технології запобігання підвищенню температури водневих баків під час заправки». Корейський інститут машин та матеріалів (KIMM) є некомерційною державною дослідницькою установою при Міністерстві науки та ІКТ Кореї. З моменту свого заснування у 1976 році KIMM робить внесок в економічне зростання країни, проводячи дослідження та розробки ключових технологій у галузі машинобудування та матеріалознавства, здійснюючи випробування на надійність та комерціалізуючи розроблені продукти й технології. Ця інновація є яскравим прикладом їхньої роботи, спрямованої на вирішення актуальних технологічних викликів.