استارت‌آپ لاورنس لیورمور و منطقه خلیج، سیستم ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده‌شده در مقیاس بزرگ را برای حمل‌ونقل سنگین نشان می‌دهد.

Newswise – آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) و ورنیک شرکت نوپا مستقر در سانفرانسیسکو، یک سیستم ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده در مقیاسی مناسب برای وسایل نقلیه سنگین را به نمایش گذاشته است.

این اولین بار است که ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده در مقیاسی به اندازه کافی بزرگ نشان داده شده است که برای نیمه کامیون‌ها، سنگ بنای ذخیره‌سازی هیدروژن با چگالی بالا، مفید باشد.

رسیدن به صفر خالص – کاهش تولید سالانه گازهای گلخانه‌ای (GHG) کشور از 51 میلیارد تن به صفر – تا سال 2050 مستلزم استقرار گسترده و سریع فناوری‌های جایگزین انرژی کارآمد در حمل‌ونقل، تولید، برق، ساختمان‌ها و کشاورزی است.

حمل و نقل بیشترین سهم را از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده دارد. در بخش حمل و نقل، وسایل نقلیه سنگین که به سوخت های فسیلی متکی هستند، 23 درصد از گازهای گلخانه ای ایالات متحده را تولید می کنند. در سطح جهان، کامیون ها، کشتی ها و هواپیماها 10 درصد از گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهند.

سیستم های ذخیره سازی متراکم انرژی مورد نیاز است

تامین انرژی خودروهای سنگین، مانند کامیون‌های نیمه‌کامیونی کلاس 8، به سیستم‌های ذخیره‌سازی بسیار متراکم انرژی نیاز دارد: حتی پیشرفته‌ترین باتری‌ها نیز چگالی انرژی کافی را ارائه نمی‌کنند. هیدروژن یک منبع سوخت امیدوارکننده برای این بخش‌هایی است که کربن‌زدایی سختی دارند.

با این حال، فن‌آوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن موجود عملکرد برابری دیزل را ارائه نمی‌کنند زیرا این سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده ظرفیت چگالی انرژی محدودی دارند. هیدروژن انجماد فشرده، که می تواند بالاترین تراکم هیدروژن را در یک سیستم ذخیره سازی فشرده پشتیبانی کند، می تواند بر این چالش غلبه کند.

ذخیره هیدروژن در این حالت چگالی انرژی بسیار بالاتری را نسبت به سایر پلت فرم های هیدروژنی رقیب فراهم می کند: در شرایط مایع، هیدروژن فشرده ۷۰۰ بار در دمای محیط و هیدروژن فشرده ۳۵۰ بار در دمای محیط، CcH₂ به ترتیب 27 درصد، 77 درصد و 165 درصد تراکم هیدروژن را بهبود می بخشد.

طی دو سال گذشته، محققان با سرمایه گذاری Verne در کارخانه سوخت هیدروژن برودتی لیورمور، سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن Verne را ارزیابی و آزمایش کردند و با موفقیت پیشرفت‌های جدیدی را در ذخیره‌سازی هیدروژن با چگالی بالا برای وسایل نقلیه سنگین نشان دادند.

«کار تا به امروز در LLNL روی ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده روی بخش خودروهای سواری متمرکز شده است. نیک کیلینگزورث، محقق اصلی و مهندس مکانیک در آزمایشگاه، گفت: سیستم‌های ذخیره‌سازی وسایل نقلیه سنگین باید مقادیر بیشتری هیدروژن را ذخیره کنند که این امر هزینه و زمان H مورد نیاز برای آزمایش را بسیار افزایش می‌دهد.

چالش آزمایش این فناوری بر اهمیت برنامه‌ریزی آزمایشی دقیق و اولیه، تکمیل شده توسط شبیه‌سازی‌های پیچیده، برای ایجاد برنامه‌های آزمایشی مؤثر، که مظهر همکاری بین LLNL و Verne است، تأکید می‌کند.

سیستم تک مخزن تست شده

اخیراً تیم‌های LLNL و Verne یک سیستم تک مخزن را آزمایش کردند که ذخیره‌سازی بیش از 29 کیلوگرم هیدروژن انجمادی را نشان داد.

این معیار سه برابر چیزی است که قبلاً با هر CcH نشان داده شده است₂ سیستم ذخیره سازی و تقریباً معادل یک سیستم باتری یک مگاوات ساعتی است، اما در یک دستگاه ذخیره سازی سبک تر و فشرده تر.

این سیستم به اندازه کافی جمع و جور است تا در جایی که مخازن دیزل معمولاً روی کامیون کلاس 8 نصب می شوند – در کنار کامیون بین چرخ ها قرار گیرد. علاوه بر طراحی متفاوت مخزن، اجزاء و عملکرد برای کنترل این حجم بزرگتر بهبود یافته است.

دیوید جارامیلو، یکی از بنیانگذاران Verne می گوید: «علی رغم وعده اولین خلبانان کامیون سوخت هیدروژنی، ذخیره سازی کارآمد هیدروژن در کامیون ها، کشتی ها و هواپیماها یکی از چالش های اصلی برای باز کردن قفل آینده ای با آلایندگی صفر است.

Verne سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن سبک و با چگالی بالا را برای استفاده در خودروهای سنگین با هزینه کم توسعه داده است. راه حل ما بر اساس دهه ها تحقیق اجرا شده در لیورمور برای ارائه راه حل ذخیره سازی قابل اعتماد، مقیاس پذیر و مقرون به صرفه است. ما بدون تیم لیورمور نمی توانستیم این کار را انجام دهیم. جارامیلو گفت: دیدن این پروژه به مرحله تجاری سازی که می تواند در بخش کارهای سنگین به کار گرفته شود، هیجان انگیز است.

تسهیلات آزمایشی آزمایشگاه و فرآیند بررسی ایمنی به ورن دسترسی به تجهیزات و تخصص منحصربه‌فردی را داد که معمولاً در دسترس استارت‌آپ‌هایی نیست که زمان لازم برای ایجاد زیرساخت‌ها و فرآیندهای ایمنی را نداشته‌اند. این دسترسی به Verne اجازه داد تا به سرعت عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن فشرده‌شده خود را ارزیابی کند.

بیش از 25 سال پیش، سالوادور اسیوس، که در آن زمان مهندس مکانیک در LLNL بود، از طریق مدل سازی ترمودینامیکی مزایای CcH را نشان داد.₂. او سپس تیمی را در LLNL رهبری کرد که سه نسل از تانک ها از جمله CcH را طراحی و ساخت₂ تانکی که برای سفر بیش از 650 مایل در یک خودروی سواری اصلاح شده با یک مخزن هیدروژن استفاده می شد.

فرانسیسکو اسپینوزا-لوسا، رهبر گروه در LLNL و بخشی از تیم سازنده، گفت: «بسیار عالی است که می‌بینیم تمام کار ما روی سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن انجماد طی سال‌ها در مسیر کاهش انتشار کربن در بخش حمل‌ونقل سنگین است. و سه نسل تانک های CcH2 LLNL.

این آزمایشگاه دارای یک سیستم سوخت‌گیری هیدروژنی جدید است

LLNL همچنین محل یک سیستم سوخت‌گیری هیدروژن جدید است که برای تحت فشار قرار دادن مستقیم سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن مایع که قادر به رسیدن به چگالی بالاتر از مایع منبع هستند، ساخته شده است.

کار انجام شده توسط LLNL در درجه اول توسط دفتر فناوری های هیدروژن و سلول سوختی در دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی حمایت شد.

در سال 2021، ورن به عنوان یکی از برگزیدگان افتتاحیه Breakthrough Energy (BE) انتخاب شد، برنامه ای که از ایده های اقلیمی در مراحل اولیه با کمک مالی و پشتیبانی برای تسریع مسیر از نوآوری به تجاری سازی پشتیبانی می کند. بیشتر مهندسی و آزمایشات برای این نمایش توسط برنامه BE Fellows تأمین مالی و پشتیبانی شد.

«توسعه و گسترش فناوری آب و هوای جدید نیازمند شبکه ای قوی از شرکای مکمل است. برنامه همیاران انرژی موفقیت آمیز مفتخر است که از Verne به عنوان بخشی از اکوسیستمی که شامل آزمایشگاه های ملی مانند LLNL، شرکای صنعتی و سایر منابع سرمایه بیمار است، حمایت می کند. اشلی گروش، معاون برنامه همکاران در Breakthrough Energy، سازمانی که در سال 2015 برای شتاب بخشیدن به آن تأسیس شد، گفت: دیدن پیشرفت فنی که تیم Verne در طول مدت حضور خود در برنامه یاران انرژی موفق و با مشارکت LLNL انجام داده است، باور نکردنی است. نوآوری در انرژی های پایدار و سایر فناوری ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای.

آمازون، از طریق صندوق تعهد اقلیمی خود، یک سرمایه گذار اولیه در ورن است.

Verne به دو مورد از محدودیت های حیاتی هیدروژن برای تامین انرژی حمل و نقل سنگین می پردازد: چگالی و هزینه. آمازون از دیدن ورن به یک دستاورد فنی بزرگ و نشان دادن رکورد تراکم ذخیره هیدروژن هیجان زده است. مت پترسون، مدیر صندوق تعهد آب و هوای آمازون، گفت: این کار، که با کمک مالی از صندوق تعهد آب و هوای آمازون و امکانات و تیم کلاس جهانی LLNL امکان‌پذیر شد، ورن را یک قدم به برآورده کردن الزامات حمل و نقل بدون آلایندگی مشتریان آینده مانند آمازون نزدیک‌تر می‌کند. .