Исследователи из Вашингтонского государственного университета разработали математические модели и выдвинули соответствующие рекомендации, направленные на улучшение работы резервуаров для хранения жидкого водорода, что, как ожидается, сделает водород более жизнеспособной альтернативой энергии для автомобилей и других промышленных процессов. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Cryogenics.

Жидкий водород является удобной формой водорода для большинства промышленных целей, но его хранение и транспортировка сталкиваются с проблемами. Жидкий водород должен храниться при низкой температуре и быстро кипеть при нормальной температуре. При транспортировке требуется большое количество конструктивных элементов и механизмов для уменьшения потерь при кипении. Однако нельзя недооценивать потери при хранении и транспортировке водорода, потери водорода в фактическом резервуаре могут достигать 25% от общего объема транспортировки, из которых около 13% молекул жидкого водорода теряются из-за испарения при охлаждении транспортного трубопровода.

Используя фактические данные о резервуарах, исследовательская группа Вашингтонского государственного университета разработала теоретическую модель производительности фактических резервуаров для хранения водорода и проверила ее с помощью данных о действующих резервуарах для хранения водорода компании Prag Energy. Модель показывает, что изменение режима работы резервуара для хранения жидкого водорода может значительно снизить потери при испарении и даже достичь нулевого испарения с дополнительной модификацией системы. Например, изменение предельного значения давления при запуске сбросного клапана позволяет снизить потери водорода примерно на 26%.

Профессор факультета машиностроения и материалов Константин Матвеев заявил, что жидкий водород является подходящим выбором для снижения зависимости от ископаемого топлива и разработки чистого топлива, а новая модель может моделировать важные звенья цепочки поставок жидкого водорода и сделать технологии зеленой экономики более осуществимыми. Автор статьи Джек Личман утверждает, что разработка теоретических моделей имеет решающее значение для понимания текущих операций и улучшения инвестиций в технологии.

Кроме того, Матвеев упомянул, что вновь разработанная математическая модель вычислительно эффективна. В то время как ранее сложные модели работали на суперкомпьютерах в течение нескольких дней и могли имитировать работу резервуара только в течение нескольких часов, новая упрощенная модель, калиброванная фактическими данными испытаний, может имитировать сотни часов работы в течение нескольких минут и может использоваться промышленностью, клиентами, дизайнерами и государственными структурами.

В настоящее время исследователи сотрудничают с компанией Prag Energy, чтобы изучить и реализовать предложения по резервуарам с жидким водородом, а также надеются улучшить модель, чтобы лучше понять операции переноса, насосы и другое оборудование в водородных системах. В то же время они проводят дальнейшие исследования, оценку и моделирование хранения жидкого водорода в аэропортах для Федерального управления гражданской авиации США.

Автомобили на водородном двигателе привлекательны для тяжелой техники в качестве альтернативы двигателям внутреннего сгорания с бензиновым или дизельным двигателем, которые не выбрасывают вредных парниковых газов. В настоящее время Plug Energy эксплуатирует около 250 резервуаров с жидким водородом, которые питают 70 000 водородных вилочных погрузчиков по всему миру и перевозят около 30% продуктовых грузов в США. Ожидается, что исследование окажет мощную поддержку водородным транспортным средствам и связанным с ними промышленным применением, а также будет способствовать развитию зеленой энергетики.