수소 탱크의 유형 : 기술적 차이 및 이점

우리가 지속 가능한 에너지 솔루션으로 이동함에 따라, 깨끗하고 재생 가능한 에너지 원으로 수소를 사용하면 상당한 견인력을 얻고 있습니다. 국제 에너지기구 (International Energy Agency)에 따르면, 글로벌 수소 생산은 2021 년에 약 7 천만 톤으로 추정되며 녹색 수소 생산량은 연간 2-3 백만 톤으로 증가합니다. 그러나, 수소의 안전하고 효율적인 저장은 낮은 에너지 밀도와 높은 압축성으로 인해 주요 과제로 남아 있습니다. 다양한 응용에 대한 실용적인 에너지 밀도를 달성하려면 수소는 고압하에 저장되어야합니다.

이 기사는 수소를 압력 아래에 저장하는 데 사용되는 다양한 유형의 탱크, 기술적 차이 및 이점을 탐색합니다. 이러한 저장 솔루션을 이해하는 것은 운송 및 산업을 포함한 다양한 부문에서 수소를 연료원으로 광범위하게 채택하는 데 필수적입니다.

무엇입니까?수소 탱크?

A 수소 탱크수소를 가스 또는 액체 형태로 저장하기위한 특수 설계된 용기입니다. 수소 병, 상자 또는 탱크라고도 할 수도 있습니다. 수소 탱크의 건설은 저장 압력 및 온도에 따라 엄격한 물리적 요구 사항을 충족해야합니다. 이러한 요구 사항은 ISO 15869 및 ISO 14687 : 2019와 같은 정부 기관 및 국제 표준에 의해 설정됩니다.

주요 고려 사항수소 탱크디자인은 다음과 같습니다.

고압 저항 (일반적으로 차량 응용 분야의 350-700 막대)

수소 침투 및 포화를 최소화합니다

모바일 애플리케이션을위한 경량 구조

누출을 방지하고 잠재적 실패를 관리하는 안전 기능

재료 과학 및 제조 공정의 지속적인 혁신은 수소 탱크 설계 및 성능의 상당한 발전을 가져 왔습니다. 수소 연료 탱크는 연료 전지 및 전기 분해 시스템, 로켓 및 우주 비행을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 일반적으로 수소 탱크는 압축 장비, 안전 밸브 및 모니터링 시스템을 포함 할 수있는 더 큰 수소 저장 시스템의 일부입니다.

유형수소 탱크

수소 저장에 사용할 수있는 5 가지 유형의 가스 탱크에는 고정 및 모바일 응용 분야 모두에 적합합니다. 각 유형에는 고유 한 특성이 있으며 다른 응용 프로그램에 적합합니다.

모든 금속 가스 실린더 (I 형)

타입 I 탱크는 가장 기본적이고 일반적인 가스 탱크로, 전적으로 금속, 일반적으로 강철 또는 알루미늄 합금으로 만들어졌습니다.

    • 재료 : 모든 금속 구조 (강철 또는 알루미늄 합금)

    • 작업 압력 : 200 ~ 300 바

    • 전형적인 밀도 : 리터당 약 15 그램의 수소

    • 응용 프로그램 : 주로 산업 및 고정 스토리지에 사용됩니다

    • 제조 공정 : 일반적으로 단조 또는 깊은 드로잉 프로세스로 생산됩니다.

    • 장점 : 저렴한 비용, 간단한 구조, 성숙한 제조 기술

    • 단점 : 중량, 제한된 압력 베어링 용량

금속 라이너 광섬유 후프 wound 가스 실린더 (타입 II)

두 번째 탱크는 첫 번째 탱크의 개선이며 금속 라이너 및 부분 섬유 강화가 있습니다.

    • 재료 : 금속 라이너 (보통 강철 또는 알루미늄)와 부분 섬유 보강 (보통 유리 섬유)

    • 작업 압력 : 100 ~ 500 바

    • 전형적인 밀도 : 리터당 약 20 그램의 수소

    • 응용 프로그램 : 산업 응용 프로그램, 일부 모바일 애플리케이션

    • 제조 공정 : 금속 라이너가 생산 된 후에는 섬유 와인딩에 의해 이후에 강화됩니다.

    • 장점 : 타입 I 탱크보다 높은 압력 베어링 용량 및 가벼운 무게

    • 단점 : 모바일 애플리케이션에는 여전히 비교적 무겁습니다

금속 라이너 섬유 가스 실린더 (타입 III)

타입 III 탱크는 수소 저장 기술, 특히 차량 응용 분야의 상당한 발전을 나타냅니다.

    • 재료 : 금속 라이너 (보통 알루미늄) 완전 복합 재료 (탄소 섬유)로 싸여 있습니다.

    • 작업 압력 : 최대 350 바 (일부 디자인은 700 바에 도달 할 수 있음)

    • 전형적인 밀도 : 리터당 약 25 그램의 수소

    • 응용 프로그램 : 차량, 특히 버스 및 트럭에 일반적으로 사용

    • 제조 공정 : 알루미늄 라이너가 생산 된 후 자동 섬유 배치 또는 섬유 와인딩 기술을 사용하여 복합 재료로 완전히 포장됩니다.

    • 장점 : 압력 베어링 용량이 높을수록 I 형 및 II 형 탱크보다 훨씬 가볍습니다.

    • 단점 : Type I 및 Type II 탱크보다 제조 비용이 더 복잡하고 비쌉니다.

비금속 라이너 섬유 가스 실린더 (IV 형 IV)

타입 IV 탱크는 현재 모바일 애플리케이션에서 고압 수소 저장 기술의 최전선을 나타냅니다.

    • 재료 : 중합체 라이너 (보통 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리 아미드) 완전 복합 재료 (탄소 섬유)로 싸여 있습니다.

    • 작업 압력 : 최대 700 바 (일부 디자인은 875 바에 도달 할 수 있음)

    • 전형적인 밀도 : 리터당 약 40 그램의 수소

    • 응용 프로그램 : 승용차, 대형 상업용 차량, 휴대용 응용 프로그램

    • 제조 공정 : 중합체 라이너 생산 후 완전한 복합 랩 (일반적으로 회전 성형 또는 블로우 몰딩으로)

    • 장점 : 최고 저장 밀도, 가장 가벼운 무게, 우수한 피로 저항

    • 단점 : 복잡한 제조 공정, 폴리머 라이너는 수소 투과 문제가 더 높아질 수 있습니다.

라이너가없는 모든 복합 실린더 (유형 V)

Type V 탱크는 라이너가없는 모든 복합 구조를 사용하여 가장 진보되고 실험적인 설계입니다.

     • 재료 : 별도의 라이너가없는 모든 복합 구조

     • 작동 압력 : 특정 설계에 따라 다릅니다

     • 전형적인 밀도 : 리터당 약 20 그램의 수소 (고급 설계로 더 높은 밀도의 가능성)

     • 응용 프로그램 : 실험적이고 전문화 된 응용 프로그램

     • 제조 공정 : 현장 경화 열가소성 복합재를 포함한 고급 복합 레이 업 기술

     • 장점 : 늘어선 탱크에 비해 무게가 매우 낮고 복잡성 감소 가능성

     • 단점 : 수소 침투 문제, 기술이 아직 성숙하지 않은 문제

장점과 응용

5 가지 유형의 탱크는 주로 만들어진 재료와 그 결과 성능 특성이 다릅니다. 다음은 몇 가지 주요 요소를 비교하는 것입니다.

   • 체중 효율 :

유형 1

타입 4 및 타입 5 탱크는 모바일 애플리케이션에 중요한 가장 높은 중량 효율을 제공합니다.

  • 압력 저항 :

유형 1 <유형 2 <타입 3 ≤ 타입 4 ≈ 유형 5

타입 3, 타입 4 및 타입 5 탱크는 최고 압력을 견딜 수있어 저장 밀도가 높아질 수 있습니다.

  • 제조 복잡성 :

Type 1

고급 탱크 유형은 더 복잡한 제조 공정이 필요하므로 비용이 증가하지만 성능 향상이 필요합니다.

  • 수소 투과 저항 :

타입 1 ≈ 유형 2 ≈ 유형 3> 유형 4> 타입 5

금속 라이너는 폴리머 라이너 또는 불안한 디자인보다 더 나은 투과성 저항을 제공합니다.

비용:

Type 1

더 고급 탱크 유형은 일반적으로 재료 및 제조 복잡성으로 인해 더 비쌉니다.

수소의 모바일 응용의 경우, 4 형 탱크는 가장 높은 저장 밀도를 유지하면서 체중 효율과 제조 타당성의 균형을 제공하기 때문에 널리 사용됩니다. 그들은 체중과 공간이 핵심 요소 인 승용차와 무거운 상업용 차량에 적합합니다.

    • 타입 3 탱크는 일반적으로 버스 및 트럭과 같은 대형 차량에서 일반적으로 사용되며, 저장 밀도가 약간 낮은 비용은 잠재적으로 낮은 비용과 단순한 제조 공정으로 보상됩니다.

    • 유형 1 및 타입 2 탱크는 무게가 중요한 요소가 아니고 저렴한 비용이 우선 순위 인 산업 및 고정 응용 분야에서 계속 사용됩니다.

    • 유형 5 탱크는 수소 저장 기술의 최전선을 나타내며 극도로 무게 절약이 중요한 항공 우주 및 기타 특수 응용 프로그램에서 사용될 수 있습니다.

결론

수소 저장 탱크에는 다양한 유형의 기술적 차이와 장점이 있습니다. 탱크 선택은 특정 응용 프로그램, 필요한 저장 밀도, 비용 고려 사항 및 안전 요구 사항에 따라 다릅니다. 세상이보다 지속 가능한 미래를 향해 나아가면서 효율적이고 안전하고 안전한 수소 저장이 점점 더 중요해질 것입니다.

수소 탱크 기술의 향후 발전은 다음과 같은 영역에 중점을 둘 것입니다.

     • 1. 중량을 추가로 줄이고 침투 저항을 향상시키기 위해 고급 재료를 사용합니다.

    • 2. 비용을 줄이고 성능을 향상시키기위한 혁신적인 제조 기술;

    • 3. 안전한 안전 기능 및 감지 기술;

    • 4. 탱크를 다른 차량 또는 시스템 구성 요소와 통합하여 성능을 최적화합니다.