Sandia National Laboratories ajudou a projetar a primeira geração de postos de abastecimento para carros movidos a hidrogênio, de modo que eles sejam tão seguros quanto os postos de gasolina convencionais. Agora, Sandia está trabalhando para fazer o mesmo para a próxima geração de estações de hidrogênio.

Para acompanhar a crescente demanda por combustível de hidrogênio, os varejistas precisam construir muitos mais postos de abastecimento. Esta expansão requer a mudança do hidrogênio gasoso para o líquido, porque o líquido, sendo mais denso que o gás, permite que os varejistas armazenem mais na mesma quantidade de espaço.

Um novo Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento com Sandia permitirá que o maior varejista de hidrogênio nos EUA até o momento, Combustível de primeiro elemento, construir muito mais dessas estações de hidrogênio líquido de ponta. Também ajudará a modernizar os códigos de segurança da National Fire Protection Association relativos às distâncias de segurança do hidrogênio líquido, que não são atualizados há décadas. Os códigos atualizados, por sua vez, beneficiarão varejistas de hidrogênio e bombeiros no projeto e permissão de novos, estações mais seguras.

Usando o software desenvolvido pela Sandia, o primeiro de seu tipo, a equipe de pesquisa do Sandia está quantificando o efeito dos vazamentos de hidrogênio de vários projetos de sistema, e as medidas de segurança usadas para detectar e proteger contra os efeitos dos vazamentos.

"Podemos fazer essas perguntas 'e se', como 'como pode um vazamento acontecer aqui?' e 'como podemos mitigar os efeitos?' para que os vazamentos tenham menos chance de causar problemas, "explicou o co-líder do projeto, Chris LaFleur." Desta forma, podemos permitir o abastecimento de hidrogênio de veículos com células de combustível em lugares onde nunca foi possível ir antes, como os centros urbanos movimentados de grandes, cidades densamente povoadas. "

Crescente demanda por hidrogênio líquido

Os carros movidos a hidrogênio reabastecem tão rapidamente quanto os movidos a gasolina e dirigem na mesma distância. Além disso, a única emissão de seus canos de escape é água pura - um fator em sua popularidade crescente. Um dos maiores obstáculos para o crescimento do transporte movido a hidrogênio é a construção de postos de abastecimento suficientes.

"Precisamos de mais estações e maiores, mais rápido, equipamentos melhores porque temos mais clientes e mais demanda do que jamais sonhamos, "disse Tim Brown, COO da First Element Fuel - a maior empresa varejista de hidrogênio dos Estados Unidos. A First Element opera atualmente 19 estações na Califórnia, cada um com apenas uma bomba e uma mangueira. As estações operadas por outros varejistas são igualmente limitadas.

Embora existam apenas cerca de 5, 000 carros com célula de combustível de hidrogênio nas estradas hoje nos EUA - Toyota Motor Corp., Honda Motor Company Ltd. e Hyundai Motor Company os vendem - o suprimento de combustível não é suficiente para evitar que filas de motoristas se acumulem nas estações, Disse Brown.

Uma vez que a Mercedes-Benz, General Motors e outros trazem seus modelos de células de combustível para o mercado, as necessidades de combustível só aumentarão. A First Element planeja abrir uma dúzia de novos postos de combustível de hidrogênio na Califórnia em 2019 para atender a essa demanda.

Atualmente, o mercado de varejo de hidrogênio dos EUA é principalmente na Califórnia, devido às políticas governamentais que incentivam as montadoras a vender no estado - com a maior parte dos postos localizados na Baía de São Francisco, Los Angeles, e áreas de San Diego. Outros estados também estão planejando estações comerciais nos próximos anos, tanto para automóveis de passageiros quanto para veículos pesados, como ônibus e caminhões.

Desafio criogênico

As perguntas de segurança 'e se' são aquelas que a equipe já respondeu com relação aos modelos de vazamentos de hidrogênio gasoso. Contudo, o hidrogênio líquido traz seu próprio conjunto de benefícios e desafios únicos.

Por um lado, o hidrogênio líquido pode ser armazenado a uma pressão significativamente mais baixa do que o gás, o que reduz o risco de vazamento. Contudo, hidrogênio líquido também é criogênico, o que significa que deve ser mantido bem frio (aproximadamente 423 graus F negativos).

"Quando lançado, hidrogênio líquido pode realmente congelar o ar ao seu redor, "disse o analista de risco da Sandia, Brian Ehrhart." Isso representa um desafio para o cálculo da concentração de hidrogênio no ar. "

A quantidade de hidrogênio e oxigênio no estado gasoso ou líquido é interdependente, já que quanto mais se liquefaça, quanto mais se aquece e vice-versa. A equipe negocia esse desafio assumindo uma "zona" inicial de mistura de hidrogênio / ar que aquece a mistura a um ponto em que os modelos de dispersão de gás de Sandia podem prever o comportamento.

Essa simplificação permite que a equipe preveja a que distância do vazamento está a concentração de inflamáveis, em vez de focar na mistura ao lado do lançamento e usar modelos de dinâmica de fluidos mais caros.

Os benefícios são abundantes para os cientistas, varejistas e consumidores

Um resultado deste processo de modelagem é que o combustível do primeiro elemento terá evidências científicas para ajudá-los a obter licenças para as 12 estações que planejam construir.

"Sandia é o padrão ouro no que diz respeito à ciência, "Brown disse, "Se os resultados de Sandia mostrarem x, y e z, então eu acredito que eles são x, y e z. Não há segunda suposição. Eu sei que está certo, o bombeiro sabe que está certo, e o mesmo acontece com todos os outros. Sandia traz o profissionalismo, rigor e precisão, não acho que possa chegar a outro lugar. "

Sandia também se beneficia com o projeto, porque permite que a equipe demonstre seus modelos em projetos de sistema da vida real. Além disso, Sandia trabalha diretamente com a National Fire Protection Association, e os dados deste projeto serão usados ​​para informar e atualizar seus códigos de segurança do hidrogênio líquido.

Os novos códigos permitirão que futuros postos de abastecimento sejam avaliados a partir de um padrão baseado em desempenho, em vez de prescritivo. LaFleur compartilhou uma analogia de culinária para explicar a diferença entre os dois tipos de códigos. "Um código prescritivo é como uma receita que exige apenas 3 xícaras de farinha, 2 onças de chocolate, e 3 ovos para fazer um bolo. Um padrão baseado em desempenho diz, 'fazer um bolo de chocolate com 3 polegadas de altura que tem um gosto bom, 'e você tem que decidir como fazer isso, " ela disse.

Os códigos atualizados com base no desempenho também tornarão mais fácil para os varejistas em qualquer parte do país construir estações seguras, mesmo que eles não possam atender a certos requisitos de código precisos. Isso, por sua vez, incentivará o crescimento da indústria de veículos movidos a hidrogênio.

O trabalho de modelagem de Sandia também apóia a iniciativa H2 @ Scale do Departamento de Energia dos EUA, que se concentra na produção em grande escala de hidrogênio a partir de diversos recursos domésticos. O projeto também considera o uso de hidrogênio em vários setores, como fabricação de aço, produção de fertilizantes, refino e transporte de petróleo.

“Nossa missão sempre foi promover a adoção desses carros, garantindo melhor qualidade do ar e segurança energética, "Brown disse." Essa é a parte do projeto que vai viver além das estações específicas que estamos construindo agora. "