Ze względu na zapotrzebowanie klientów na większe bezpieczeństwo, przyjazność dla środowiska, wydajność i sprawność, producenci mobilnych maszyn roboczych, ciężarówek i autobusów coraz częściej interesują się wodorem jako źródłem paliwa. W pojazdach z napędem wodorowym, gaz w zbiorniku H2 musi być regulowany przez szereg zaworów regulacyjnych zanim dotrze do ogniwa paliwowego. W tym procesie przyrządy do pomiaru ciśnienia odgrywają ważną rolę. Jednakże nie wszystkie standardowe czujniki ciśnienia są odpowiednie do zastosowań wodorowych, gdyż zawierają materiały nienadające się do stosowania w aplikacjach wodorowych. Czujnik MH-3-HY firmy WIKA został specjalnie zaprojektowany do pojazdów wykorzystujących wodorowe ogniwa paliwowe. Ponadto posiada aprobatę EC79/2009.
Zasadniczo pojazdy z napędem wodorowym są znacznie czystsze w eksploatacji niż pojazdy z silnikiem spalinowym. Wynika to z tego, iż jedynym produktem ubocznym reakcji wodoru z tlenem jest para wodna. Zerowa emisja jest szczególnie ważna z punktu widzenia pojazdów stosowanych w przestrzeniach zamkniętych – wózków widłowych, podnośników, holowników, chwytaków i transportowców. Silniki spalinowe wydalają niebezpieczny tlenek węgla, lotne związki organiczne (LZO) i inne szkodliwe substancje. Tego ryzyka nie wyeliminuje nawet najnowszy system kontroli emisji stosowany w pojazdach.
Z kolei pojazdy elektryczne zasilane z akumulatorów nie wydzielają spalin, lecz ich główną wadą jest ograniczony zasięg. Wiąże się to z koniecznością częstego ładowania. Dodatkowo, każdy cykl ładowania trwa wiele godzin, co oznacza, że firmy muszą wymieniać puste akumulatory. Ma to miejsce np. w wózkach widłowych, na naładowane akumulatory zapasowe, aby utrzymać wydajność stosowanych maszyn. Powoduje to wysokie koszty logistyczne, ponieważ potrzebna jest duża liczba takich akumulatorów zapasowych, a ich przechowywanie wymaga ogromnej ilości miejsca. Natomiast tankowanie pojazdów napędzanych wodorem trwa zaledwie kilka minut, a ich ponowne uruchomienie jest natychmiastowe. Umożliwia to bardziej efektywną logistykę i oszczędność powierzchni magazynowej.
Kraje wschodnioazjatyckie (zwłaszcza Japonia) i zachodnioeuropejskie są pionierami w dziedzinie pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi, a inne kraje również coraz bardziej są zaangażowane w tym zakresie. Nasze webinarium na żądanie przybliży państwu ten temat. Ponadto wskaże, w jaki sposób WIKA może wspierać użytkowników w pokonywaniu wyzwań związanych z zastosowaniami wodoru. Głównym problemem jest mobilność wodorowa, w tym stacje tankowania.
Zastosowanie wodoru wymaga specjalistycznych czujników ciśnienia
Sprężony gaz w zbiornikach paliwa wodorowego znajduje się pod wysokim ciśnieniem: zwykle około 350 barów / 5 250 psi w przypadku pojazdów użytkowych. Zanim wodór dotrze do ogniwa paliwowego, gdzie zostanie przekształcony w energię, ciśnienie magazynowania musi zostać zmniejszone do ciśnienia roboczego ogniwa. Aby zapewnić większą kontrolę i bezpieczeństwo, opisywany proces zwykle obejmuje dwa etapy:
- Zawór redukcyjny ciśnienia, umieszczony obok zbiornika, redukuje ciśnienie do poniżej 20 barów / 300 psi przed wprowadzeniem go do układu.
- Następnie regulator ciśnienia obniża ciśnienie jeszcze bardziej, do ok. 1 bara / 15 psi przed wejściem do wtryskiwacza ogniwa paliwowego.
Na ogół czujniki ciśnienia montowane są przed i za zaworem redukcyjnym ciśnienia. Zapewniają one utrzymanie ciśnienia układu w bezpiecznych granicach. Jeśli ciśnienie układu nie będzie regulowane prawidłowo, zawór nadmiarowy uwalnia wodór do atmosfery. Jeśli ciśnienie w układzie spadnie poniżej pewnego poziomu, lub jeśli zbiornik opróżni się, ogniwo nie będzie miało dość ciśnienia do pracy i wyłączy pojazd.
Czujnik ciśnienia musi spełniać wymagania danego zastosowania pod względem dokładności i wytrzymałości. Dlatego zastosowania H2 wiążą się ze specyficznymi wyzwaniami. W pewnych warunkach cząsteczki wodoru na powierzchniach metalowych ulegają dysocjacji. Atomy wodoru mogą łatwo przeniknąć przez krystaliczną strukturę wielu popularnych metali, w tym stali nierdzewnej. Wzrost temperatury i ciśnienia dodatkowo przyspiesza dyfuzję. Wówczas dochodzi do przenikania wodoru, co może uszkodzić czujnik ciśnienia powodując dwa zjawiska:
- Dryf sygnału: zmiana w rezystancji elektrycznej we wrażliwych strukturach prowadzi do przesunięcia sygnału
- Kruchość wodorowa: elementy metalowe stają się bardziej podatne na pęknięcia tzn. uszkodzenia mechaniczne.
Aby zapobiec przenikaniu wodoru, czujnik można wyposażyć w membranę czołową powlekaną złotem. Jednak ta opcja często okazuje się zbyt droga dla większości pojazdów z napędem wodorowym. Bardziej opłacalnym rozwiązaniem jest zastosowanie specjalnego stopu, który jest mniej podatny na przenikanie wodoru i odporny na kruchość wodorową.
Wytrzymały czujnik ciśnienia
Czujnik MH-3 firmy WIKA jest już elektronicznym czujnikiem ciśnienia OEM, który nadaje się do stosowania w ekstremalnych warunkach. Na jego podstawie opracowaliśmy wersję przeznaczoną specjalnie do pojazdów napędzanych wodorem. Model MH-3-HY oferuje taką samą dokładność, niezawodność i wytrzymałą konstrukcję co MH-3, a do tego posiada spawany czujnik cienkowarstwowy ze stopu 2.4711 (Elgiloy®) oraz stopu kobaltowo-chromowo-niklowo-molibdenowego o wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej i doskonałej odporności na korozję. Ten czujnik ciśnienia nie ma polimerowych uszczelnień medium ani wypełnienia olejowego. Dzięki temu idealnie nadaje się do zastosowań z wodorem w zakresie ciśnień od 20 barów (300 psi) do 600 barów (8000 psi).
Ze względu na swoją charakterystykę, MH-3-HY uzyskał aprobatę EC79/2009. Dotyczy ona stosowania w pojazdach z napędem wodorowym, co ułatwia producentom OEM certyfikację całej instalacji wodorowej. Należy jednak zauważyć, że aprobata zostanie cofnięta przez UE w lipcu 2022 r. Istniejące certyfikaty EC79 zachowają ważność, ale na podstawie tej dyrektywy nie będą już wydawane nowe certyfikaty. Aby być na bieżąco, od lipca na naszym blogu będzie można znaleźć więcej informacji na ten temat.
Warto też wspomnieć, że produkcja MH-3-HY odbywa się na wysoce zautomatyzowanej linii. Pozwala to na dostarczanie naszym klientom dużych ilości produktów o niezawodnej wysokiej jakości. Dla porównania, inni producenci stosują linie półautomatyczne lub ręczne. Każdy czujnik na końcu linii podlega 100 % kontroli i każdy poddawany jest próbie helowej wykrywającej nieszczelności.
Coraz więcej gmin i przedsiębiorstw jest zainteresowanych ograniczeniem emisji dwutlenku węgla bez konieczności rezygnacji z wydajności i sprawności. Jedną z metod osiągnięcia wyznaczonego celu jest przejście na autobusy i mobilne maszyny robocze napędzane wodorem. Szerokie portfolio produktów pomiarowych firmy WIKA stanowi nasz wkład na drodze w kierunku czystszej przyszłości.
Uwaga
Oprócz MH-3-HY oferujemy szeroki wybór przetworników ciśnienia, czujników temperaturowych, przełączników pływakowych i innych akcesoriów do zastosowań wodorowych – od produkcji przez dystrybucję po zastosowanie końcowe wodoru. Jeżeli mają Państwo pytania, prosimy o zwrócenie się do osoby kontaktowej.
Polecamy też nasz artykuł
Napęd wodorowy: Czyste silniki przyszłości mogą być tak samo wygodne jak współczesne silniki konwencjonalne