Instytut Wysokich Ciśnień

Energię z wodoru można pozyskać na dwa sposoby. Opanowaną technologicznie metodą jest bezpośrednia produkcja energii na drodze reakcji utleniania zmagazynowanego wodoru w ogniwach paliwowych (ang. fuel cells). Następnie ta energia może być przekazana do silnika elektrycznego napędzającego pojazd. Energia z wodoru może też zostać wyprodukowana przez spalanie wodoru bezpośrednio w komorze silnika samochodu. Z uwagi na bardzo krótki czas zapłonu nie jest możliwe, aby silnik pracował przez spalanie wyłącznie wodoru. Natomiast stosowanie mieszanki standardowego paliwa i wodoru sprawia, że emisja dwutlenku węgla jest dziesięciokrotnie niższa niż w przypadku samej spalania benzyny czy oleju napędowego. Póki co autobusy na wodór, które już jeżdżą między innymi po warszawskich ulicach wykorzystują bezpośrednie utlenianie. Ich tankowanie trwa zaledwie 15 min i mogą przejechać 450 km.

Rozwiązanie opracowane w IWC PAN przez zespół kierowany przez dr inż. Andrzeja Morawskiego i dr inż. Tomasza Cetnera umożliwia zwiększenie gęstości energii magazynowanego wodoru przez zwiększenie ciśnienia wewnątrz zbiornika. Maksymalne ciśnienie pod jakim można magazynować wodór w opracowanym przez nich zbiorniku to 150 MPa, czyli ciśnienie 1500 razy większe niż ciśnienie atmosferyczne. Samochód zasilany wodorem z tego zbiornika już dzisiaj może przejechać nawet 700 km.

Rozwiązanie opracowane w IWC PAN przewyższa parametrami obecnie dostępne na rynku zbiorniki na wodór. Najbardziej zaawansowana technologicznie pod tym względem wydaje się obecnie firma Toyota, która wykorzystuje zbiorniki o ciśnieniu 700 bar (70MPa) do przechowywania gazowego wodoru, który następnie służy do zasilania samochodów przez nich produkowanych. Kilogram wodoru zawiera 120-140 MJ energii, co stanowi trzy razy więcej niż kilogram benzyny, zatem technologie umożliwiające zwiększenie „gęstość energii” w jednostce objętości będą bezpośrednio przekładać się na zwiększenie wydajności magazynowania i zwiększenie zasięgu samochodów zasilanych wodorem.

W IWC PAN opracowano wysokociśnieniowy dwupłaszczowy zbiornik do magazynowania wodoru z linerem HDPE o maksymalnej objętości roboczej 60 dm³. Można w nim zmagazynować aż 3.4kg wodoru. Ogromną zaletą rozwiązania jest relatywnie niska waga, tylko 75kg, z uwagi na materiały kompozytowe, z jakich naukowcy zaproponowali wykonanie zbiornika. Z uwagi na konieczność utrzymania wewnątrz bardzo wysokiego ciśnienia, przy jednocześnie bardzo wysokim poziomie bezpieczeństwa zastosowano zaawansowane technologie przepustów i zaproponowano dwupoziomowy system pompowania zbiornika. To unikatowe rozwiązanie jest już objęte ochroną patentową. Zbiorniki poddawane są testom w specjalnie zaprojektowanych warunkach. Bezpieczeństwo zapewnia innowacyjna dwupłaszczowa konstrukcja oraz specjalny system pompowania. Z pewnością miło zaskakuje fakt, że innowacyjne rozwiązanie zaproponowane i przetestowane przez zaledwie dziewięcioosobowy zespół z IWC PAN pozwala na uzyskanie dwukrotnie wyższego ciśnienia w zbiorniku niż to nad którym pracował olbrzymi dział dużej japońskiej firmy. Nie bez przyczyny wysokie ciśnienie jest w nazwie instytutu!

W dobie ciągłego wzrostu zapotrzebowania na energię i postępujących zmian klimatycznych nieuniknione jest poszukiwanie alternatywnych źródeł energii, które uzupełnią obecnie stosowane technologie. Magazyny wodoru mogłyby w prosty sposób umożliwić przechowywanie energii pozyskiwanej z odnawialnych źródeł takich jak elektrownie wiatrowe czy farmy fotowoltaiczne. Tak pozyskaną „zieloną” energię elektryczną można by następnie wykorzystać do produkcji wodoru, który daje się efektywnie przechowywać i wykorzystać w dowolnym momencie.

Rysunek: Widok przekroju zbiornika zaprojektowanego przez zespół z IWC PAN

Fot. Karol Stanczak

Nagroda w Konkursie Polski Produkt Przyszłości za "Bezpieczny hybrydowy (dwupłaszczowy) zasobnik wodoru o wysokiej gęstości zmagazynowanej energii z ciągłym monitorowaniem szczelności" w wysokości 100 000 zł sfinansowana została ze środków poddziałania 2.4.1. POIR „Centrum analiz i pilotaży nowych instrumentów inno_LAB”