Sandia National Laboratories ayudó a diseñar la primera generación de estaciones de servicio para autos que funcionan con hidrógeno para que sean tan seguras como las estaciones de servicio convencionales. Ahora, Sandia está trabajando para hacer lo mismo con la próxima generación de estaciones de hidrógeno.

Para mantenerse al día con la creciente demanda de combustible de hidrógeno, los minoristas necesitan construir muchas más estaciones de servicio. Esta expansión requiere cambiar de hidrógeno gaseoso a líquido porque líquido, siendo más denso que el gas, permite a los minoristas almacenar más en la misma cantidad de espacio.

Un nuevo Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo con Sandia permitirá que el minorista de hidrógeno más grande de EE. UU. Hasta la fecha, Combustible del primer elemento, construir muchas más de estas estaciones de hidrógeno líquido de vanguardia. También ayudará a modernizar los códigos de seguridad de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios relacionados con las distancias de seguridad del hidrógeno líquido. que no se han actualizado en décadas. Los códigos actualizados, a su vez, beneficiarán a los minoristas de hidrógeno y a los bomberos a la hora de diseñar y permitir nuevos estaciones más seguras.

Utilizando el primer software diseñado por Sandia, el equipo de investigación de Sandia está cuantificando el efecto de las fugas de hidrógeno de varios diseños de sistemas, y las medidas de seguridad utilizadas para detectar y proteger contra los efectos de las fugas.

"Podemos hacer estas preguntas del tipo" ¿qué pasaría si ...? " como '¿cómo podría ocurrir una fuga aquí?' y "¿cómo podemos mitigar los efectos?" para que las fugas tengan menos posibilidades de causar problemas, "explicó el co-líder del proyecto Chris LaFleur." De esta manera, podemos habilitar el abastecimiento de hidrógeno de vehículos de celda de combustible en lugares a los que nunca antes había podido ir, como los ajetreados centros urbanos de las grandes, ciudades densamente pobladas ".

Creciente demanda de hidrógeno líquido

Los autos que funcionan con hidrógeno se recargan tan rápido como los que funcionan con gasolina y conducen tan lejos. Además, la única emisión de sus tubos de escape es agua pura, un factor de su creciente popularidad. Uno de los mayores obstáculos para el crecimiento del transporte impulsado por hidrógeno es la construcción de suficientes estaciones de servicio.

"Necesitamos más estaciones y más grandes, más rápido, mejores equipos porque tenemos más clientes y más demanda de la que jamás hubiéramos soñado, "dijo Tim Brown, Director de operaciones de First Element Fuel, la empresa minorista de hidrógeno más grande de Estados Unidos. First Element opera actualmente 19 estaciones en California, cada uno con una sola bomba y una manguera. Las estaciones operadas por otros minoristas son igualmente limitadas.

Aunque solo hay alrededor de 5, 000 automóviles con celda de combustible de hidrógeno en las carreteras de EE. UU. Hoy - Toyota Motor Corp., Honda Motor Company Ltd. y Hyundai Motor Company los venden:el suministro de combustible no es suficiente para evitar que las filas de conductores se acumulen en las estaciones, Dijo Brown.

Una vez Mercedes-Benz, General Motors y otros lanzan al mercado sus modelos de pilas de combustible, las necesidades de combustible solo aumentarán. First Element planea abrir una docena de nuevas estaciones de combustible de hidrógeno en California en 2019 para satisfacer esta demanda.

En la actualidad, El mercado minorista de hidrógeno de EE. UU. se encuentra principalmente en California debido a las políticas gubernamentales que incentivan a los fabricantes de automóviles a vender en el estado, con la mayor parte de las estaciones ubicadas en la Bahía de San Francisco. Los Angeles, y áreas de San Diego. Otros estados también están planeando estaciones comerciales en los próximos años tanto para automóviles de pasajeros como para vehículos pesados ​​como autobuses y camiones.

Desafío criogénico

Las preguntas de seguridad del 'qué pasaría si' son las que el equipo ha respondido previamente con respecto a los modelos de fugas de hidrógeno gaseoso. Sin embargo, El hidrógeno líquido conlleva su propio conjunto de beneficios y desafíos únicos.

Por un lado, el hidrógeno líquido se puede almacenar a una presión significativamente más baja que el gas, lo que reduce el riesgo de una fuga. Sin embargo, el hidrógeno líquido también es criogénico, lo que significa que debe mantenerse muy frío (aproximadamente 423 grados F negativos).

"Cuando se libera, el hidrógeno líquido puede congelar el aire a su alrededor, ", dijo el analista de riesgos de Sandia, Brian Ehrhart. Esto presenta un desafío para calcular la concentración de hidrógeno en el aire".

La cantidad de hidrógeno y oxígeno en estado gaseoso o líquido es interdependiente, ya que cuanto más se licua, cuanto más se calienta y viceversa. El equipo negocia este desafío asumiendo una "zona" inicial de mezcla de hidrógeno / aire que calienta la mezcla hasta un punto en el que los modelos de dispersión de gas de Sandia pueden predecir el comportamiento.

Esta simplificación permite al equipo predecir qué tan lejos de la fuga existe la concentración inflamable, en lugar de centrarse en la mezcla justo al lado del lanzamiento y utilizar modelos de dinámica de fluidos más costosos.

Abundan los beneficios para los científicos, minoristas y consumidores

Un resultado de este proceso de modelado es que First Element Fuel tendrá un riguroso, evidencia basada en la ciencia para ayudarlos a obtener permisos para las 12 estaciones que planean construir.

"Sandia es el estándar de oro en lo que respecta a la ciencia, "Brown dijo, "Si los resultados de Sandia muestran x, yyz, entonces creo que son x, yy z. No hay dudas. Yo se que esta bien el jefe de bomberos sabe que está bien, Y lo mismo ocurre con todos los demás. Sandia aporta la profesionalidad, el rigor y la precisión no creo que pueda conseguir en ningún otro lugar ".

Sandia también se beneficia del proyecto, porque permite al equipo demostrar sus modelos en diseños de sistemas de la vida real. Es más, Sandia trabaja directamente con la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, y los datos de este proyecto se utilizarán para informar y actualizar sus códigos de seguridad de hidrógeno líquido.

Los nuevos códigos permitirán que las futuras estaciones de servicio se evalúen a partir de un estándar basado en el rendimiento, en lugar de prescriptivo. LaFleur compartió una analogía de cocina para explicar la diferencia entre los dos tipos de códigos. "Un código prescriptivo es como una receta que requiere estrictamente 3 tazas de harina, 2 onzas de chocolate y 3 huevos para hacer una tarta. Un estándar basado en el rendimiento dice:'haz un pastel de chocolate de 3 pulgadas de alto que sepa bien, 'y tú decides cómo hacerlo, " ella dijo.

Los códigos actualizados basados ​​en el rendimiento también facilitarán a los minoristas de cualquier parte del país la construcción de estaciones seguras. incluso si no pueden cumplir con ciertos requisitos de código precisos. Eso, a su vez, fomentará el crecimiento dentro de la industria de vehículos de hidrógeno.

El trabajo de modelado de Sandia también respalda la iniciativa H2 @ Scale del Departamento de Energía de EE. UU. que se centra en la producción a gran escala de hidrógeno a partir de diversos recursos nacionales. El proyecto también considera el uso de hidrógeno en múltiples sectores, como la fabricación de acero, producción de fertilizantes, refinación y transporte de petróleo.

"Nuestra misión siempre ha sido fomentar la adopción de estos coches, garantizar una mejor calidad del aire y seguridad energética, ", Dijo Brown." Esa es la parte del proyecto que vivirá más allá de las estaciones particulares que estamos construyendo en este momento ".