ลองจินตนาการถึงอนาคตที่ไม่มีการปล่อยก๊าซออก สวรรค์สีฟ้าจะไม่ซับซ้อนด้วยควันโรงงานอีกต่อไปดูเหมือนจะอยู่ภายในมือแต่พลังงานไฮโดรเจนไม่ง่ายเท่าที่คิดกัน มันต้องใช้วัสดุอย่างเข้มงวดมาก การละเลยเล็กน้อย ๆ ก็อาจส่งผลร้ายแรงเราเจาะลึกถึง "วัสดุที่ฆ่า" ที่ซ่อนอยู่ในอุปกรณ์พลังงานไฮโดรเจน: การปรับปรุงความอ่อนแอของไฮโดรเจน และสํารวจวิธีการหลีกเลี่ยงกับอุปสรรคที่ซ่อนอยู่บนเส้นทางของการเปลี่ยนพลังงาน
ในกระแสการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั่วโลก พลังงานไฮโดรเจนถูกมองว่าเป็น "ดาราอนาคต" ที่บรรทุกความปรารถนาที่ไม่สิ้นเชิงไปสู่พลังงานสะอาดมันมีแหล่งที่หลากหลาย และสามารถผลิตได้ด้วยวิธีต่างๆ เช่น การชําระไฟฟ้าด้วยน้ํา, การปรับปรุงเชื้อเพลิงฟอสซิล, และการเผาผลาญชีวพฤกษ์. ที่สําคัญยิ่งกว่านั้น การเผาผลาญไฮโดรเจนจะผลิตน้ําเท่านั้น
มุมมองการใช้พลังงานไฮโดรเจนมีขนาดใหญ่มาก รวมถึงการขนส่ง การผลิตอุตสาหกรรม การทําความร้อนอาคาร การเก็บพลังงาน และอื่นๆรถยนต์ไฟฟ้าไฮโดรเจน ถือว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกับรถยนต์ที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงส่งผลประโยชน์ เช่น ระยะทางไกล เวลาการเติมน้ํามันที่สั้น และการปล่อยก๊าซที่ไม่ออกในอุตสาหกรรมไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นสารลดหรือวัตถุดิบสังเคราะห์สําหรับการหลอมเหล็กและการผลิตสารเคมี, ลดการปล่อยคาร์บอนในอาคาร, เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถให้พลังงานไฟฟ้าและความร้อน,ไฮโดรเจนสามารถแปลงไฟฟ้าที่เกินเป็นพลังงานเคมีเพื่อเก็บ และนํากลับมาเป็นไฟฟ้าเมื่อจําเป็น, การแก้ไขความสับสนของพลังงานที่เกิดใหม่
อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะใช้พลังงานไฮโดรเจนได้อย่างแท้จริง และทําให้ "ดาวแห่งอนาคต" เป็นจริง เราต้องเอาชนะปัญหาทางเทคนิคหลายอย่างการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนเป็นเส้นเชื่อมที่สําคัญ และเป็นหนึ่งในอุปสรรคที่สําคัญที่สุดในการใช้พลังงานไฮโดรเจนไฮโดรเจนมีความหนาแน่นของพลังงานขนาดต่ํา มีความสามารถในการเผาไหม้และระเบิดได้สูง และมีความชุ่มชื่นต่อการเจาะเข้าไป ทําให้การเก็บและขนส่งของมันยากลําบากมาก
ปัจจุบัน วิธีการเก็บไฮโดรเจนส่วนใหญ่รวมถึงการเก็บไฮโดรเจนแบบก๊าซแรงดันสูง การเก็บไหล่ไหล่ไหล่และการเก็บไหล่แบบแข็งการเก็บก๊าซความดันสูงมีความวัสดุพอสมควร แต่มีความหนาแน่นพลังงานขนาดต่ําจําเป็นต้องใช้ถังความดันสูง และมีอันตรายต่อความปลอดภัยการเก็บของของเหลวแบบหอมเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานขนาดอย่างมาก แต่ต้องใช้ไฮโดรเจนในการเย็นถึงอุณหภูมิต่ํามาก (-253 °C)การเก็บข้อมูลในสมบัติดังคงมีความหนาแน่นของพลังงานขนาดสูงและความปลอดภัยที่ดี แต่ยังคงมีค่าใช้จ่ายสูงและยังคงไม่成熟ทางเทคโนโลยี
วิธีการขนส่งไฮโดรเจนส่วนใหญ่ประกอบด้วยการขนส่งทางท่อ, รถบรรทุกน้ํามันและการขนส่งทางเรือการขนส่งไฮโดรเจนในขนาดใหญ่ แต่ต้องการท่อระบายน้ําฮอดโรเจนพิเศษที่มีการลงทุนที่สําคัญรถบรรทุกน้ํามันเหมาะสําหรับการขนส่งระยะสั้นและขนาดเล็ก แต่ไม่ประสิทธิภาพ การขนส่งทางเรือเหมาะสําหรับระยะไกลการขนส่งขนาดใหญ่ แต่ต้องการการผสมผสานหรือแปลงไฮโดรเจนเป็นรูปแบบอื่น ๆ ก่อนการขนส่ง.
ไม่ว่าจะเป็นสําหรับการจัดเก็บหรือขนส่ง ไฮโดรเจนต้องมีความต้องการที่เข้มงวดมากต่อวัสดุ วัสดุโลหะดั้งเดิมส่งผลให้อุปกรณ์ล้มเหลว และแม้กระทั่งอุบัติเหตุความปลอดภัยฉะนั้น การพัฒนาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมของไฮโดรเจน เป็นด้านสําคัญของการใช้พลังงานไฮโดรเจน
ไฮโดรเจน เป็น "ธาตุอันดับหนึ่ง" ในตารางประจําปี มีปริมาณอะตอมเล็กที่สุด และมวลเบาที่สุดคุณสมบัติฟิสิกอลพิเศษเหล่านี้ทําให้มันมีความชุ่มชื่นมากที่จะเจาะเข้าไปในภายในของวัสดุโลหะโดยเฉพาะในการใช้งานพลังงานไฮโดรเจนในทางปฏิบัติ ไฮโดรเจนมักมีอยู่ในรูปแบบของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งเป็นปัญหาเพิ่มเติม
การบดไฮโดรเจนเป็นรูปแบบของการกัดกรองไฮโดรเจนที่ลดความเหนื่อยล้าและความทนต่อการแตกของโลหะ กระบวนการนี้สามารถเข้าใจง่าย ๆ ดังนี้:โมเลกุลไฮโดรเจนแตกเป็นอะตอมไฮโดรเจน, ซึ่งเจาะเข้าไปในโลหะและสะสมที่จุดปริมาณความเครียด, เช่นจุดแตก, ขอบแกรน, การรวม, หรือฝนตก.อะตอมไฮโดรเจนอาจรวมกันใหม่เป็นโมเลกุลไฮโดรเจน, ทําให้เกิดความอ่อนแอของไฮโดรเจนมากขึ้น
การเกิดของสารไฮโดรเจนคือกระบวนการทางกายภาพเคมีที่ซับซ้อน ซึ่งมีหลายขั้นตอน: การดึงดูดไฮโดรเจน, การดูดซึม, การกระจายและการสะสมอะตอมไฮโดรเจนสับซ้อนลงบนพื้นผิวโลหะ, แล้วแยกออกเป็นไอออนไฮโดรเจน ซึ่งเข้าไปในส่วนในของโลหะ แพร่กระจายไปยังจุดปริมาณความเครียด ติดต่อกับอะตอมโลหะและในที่สุดทําให้คุณสมบัติทางกลของวัสดุ.
ความเสี่ยงของการปรับปรุงไฮโดรเจน ไม่อาจถูกประเมินต่ําได้ มันอาจนําไปสู่การล้มเหลวของอุปกรณ์ก่อนกําหนด ค่ารักษาที่เพิ่มขึ้น และแม้กระทั่งอุบัติเหตุความปลอดภัยสะกัดการนําพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ทั่วไปตัวอย่างเช่น การแตกของท่อหลอดไฮโดรเจน เนื่องจากความอ่อนแอ อาจทําให้รั่วไหล ส่งผลให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิดถังเก็บของรถยนต์ที่มีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ที่ล้มเหลวเพราะความอ่อนแอ อาจทําให้รถยนต์ไม่สามารถใช้งานได้ หรืออาจทําให้เกิดอุบัติเหตุ.
ดังนั้น การเลือกวัสดุจึงมีความสําคัญในการออกแบบและการสร้างระบบพลังงานไฮโดรเจนเพียงวัสดุที่มีความทนทานที่ดีต่อการบดหุ่นไฮโดรเจนเท่านั้นที่สามารถรับประกันการทํางานที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือของระบบพลังงานไฮโดรเจน.
แล้วเราจะสร้างอุปกรณ์พลังงานไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งและน่าเชื่อถือได้อย่างไร คําตอบอยู่ที่การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสแตนเลสที่มีคุณภาพสูง สามารถทนต่อความท้าทายของไฮโดรเจนได้ดีกว่า.
สแตนเลสเป็นสแตนเลสสแตนเลสประกอบด้วยเหล็ก โดยหลักแล้วมีธาตุสแตนเลส เช่น โครเมียม นิเคิล และโมลิบเดนัม โครเมียมเป็นฟิล์มออกไซด์หนาบนผิวสแตนเลสป้องกันการกัดกร่อนนิเคิลเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งแรง ในขณะที่โมลิบเดนูมเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน
ชนิดของสแตนเลสที่แตกต่างกันแสดงความทนทานที่แตกต่างกันต่อการแตกของไฮโดรเจน โดยทั่วไปสแตนเลส austenitic ทําได้ดีต่อการแตกของไฮโดรเจนขณะที่เหล็กไร้ขัดเหล็กเฟอริตและมาร์เทนซิติสติค.
สแตนเลส austenitic สแตนเลส austenitic ซึ่งประกอบด้วย austenite เป็นหลัก มีความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความสามารถในการปั่นได้ดี ทําให้มันถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี น้ํามันและอาหารประเภททั่วไปประกอบด้วย 304, 316 และ 321 เหล็กไร้ขัดเหล็ก ferritic ซึ่งประกอบด้วยเฟอริตเป็นหลัก มีความแข็งแรงและความทนทานต่อการกัดสนองสูงกว่า แต่ความพลาสติกและความแข็งแรงต่ํากว่าทําให้พวกมันมีความชุ่มชื่นต่อการบดหอมและการบดน้ํามันหมวดประเภททั่วไปประกอบด้วย 430 และ 446 สแตนเลสไร้ขัดสีมาร์เทนซิท สามารถเสริมสร้างได้โดยการรักษาด้วยความร้อน, ให้ความแข็งแรงและความแข็งแรงสูง แต่ความเปราะบางและความแข็งแรงที่ยากจนทําให้พวกมันมีความเปราะบางต่อการปรับปรุงไฮโดรเจนคะแนนทั่วไปประกอบด้วย 410 และ 420
ดังนั้นสแตนเลส austenitic ควรได้รับความสําคัญในการออกแบบและการก่อสร้างระบบพลังงานไฮโดรเจน หากต้องใช้สแตนเลส ferritic หรือ martensiticการป้องกันที่เหมาะสม เช่น การเคลือบผิวหรือการป้องกัน cathodic.
นอกเหนือจากสแตนเลสแล้ว วัสดุอื่นๆ เช่น สายเหล็กอัลลูมิเนียม สายเหล็กไทเทเนียม และสายเหล็กเนคเคิล ก็ยังแสดงความทนทานที่ดีต่อการแตกของไฮโดรเจนวัสดุเหล่านี้แพงกว่า แต่มีประสิทธิภาพสูงกว่าทําให้มันเหมาะสําหรับการใช้งานที่มีความปลอดภัยสูง
ด้านล่างเราจะตอบคําถามทั่วไปหลายอย่าง เพื่อสํารวจข้อพิจารณาหลักในการเลือกวัสดุพลังงานฮายโดรเจน
ตอบ: ความแตกตึงของโลหะที่เกิดจากความเย็น หมายถึงการลดความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความทนทานต่อความเหนื่อยล้าและการแตกของโลหะ เมื่ออุณหภูมิตกโลหะจะเปราะบางมากขึ้นและมีความเสี่ยงต่อการแตกที่อุณหภูมิต่ํา.
ชนิดของสแตนเลสที่แตกต่างกันแสดงความต้านทานที่แตกต่างกันต่อการปรับปรุงความรุนแรงขณะที่สแตนเลสเฟอริต (รวมสแตนเลสเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็ก), ferritic, or duplex stainless steels) มีแนวโน้มต่อการปรับปรุงความเปราะบางแบบไครโอเจนิกมากขึ้น ดังนั้นสแตนเลสออสเตนไทม์เป็นทางเลือกที่ชอบสําหรับระบบไฮโดรเจนเหลวหากการใช้งานของคุณมีความรู้สึกต่อการบดหักสแตนเลส austenitic เป็นทางที่จะไป
สแตนเลสไร้ขัดเหลือง austenitic ทนต่อการบดหักแบบหักเพราะโครงสร้างคริสตัลแบบฟาเซ็นทรัลคิวบิก (FCC) ที่รักษาความเป็นพลาสติกและความแข็งแรงที่ดีในอุณหภูมิต่ําป้องกันการหักหักนอกจากนี้เหล็กเหล็กอัลลูมิเนียมบางเหล็กเหล็กไทเทเนียม และเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเนคเคิลยังทนต่อการปรับปรุงทําให้มันเหมาะกับสภาพแวดล้อม cryogenic เช่น การเก็บและขนส่งไฮโดรเจนเหลว.
ตอบ: การทําให้โลหะแตกง่ายขึ้นด้วยไฮโดรเจน เป็นรูปแบบของการกัดสลายด้วยไฮโดรเจนที่ลดความเหนื่อยและความทนต่อการแตกของโลหะโมเลกุลไฮโดรเจนจะแยกออกเป็นอะตอมที่เจาะเข้าไปในโลหะและสะสมที่จุดความเข้มข้น, ขอบเขตของเมล็ด, การรวม, หรือฝนตก ในบางกรณี, อะตอมไฮโดรเจนอาจประกอบตัวใหม่เป็นโมเลกุล, ทําให้เกิดความอ่อนแอมากขึ้น
การบดไฮโดรเจนมีหลายขั้นตอน: การดึงดูดไฮโดรเจน, การละลาย, การดูดซึม, การแพร่ระบาย, การสะสม, และในที่สุดการหักหัก.การเกิดของมันขึ้นอยู่กับปัจจัย เช่น ความดันของไฮโดรเจน, อุณหภูมิ ความบริสุทธิ์ ประเภทโลหะ, ประกอบ, โครงสร้างจุล และขนาดความเครียด/ความถี่
A: วัสดุที่มีความชุ่มชื่นต่อการบดหินไฮโดรเจนเพิ่มความเสี่ยงของการล้มเหลวของระบบได้อย่างสําคัญ โดยทั่วไปวัสดุที่มีความแข็งแกร่งสูงกว่ามีความรับรู้มากขึ้นด้วยโครงสร้างคริสตัล FCC, ความแข็งแรงปานกลาง, และ ductility ดี, โดยทั่วไปเหมาะสมสําหรับสภาพแวดล้อมไฮโดรเจน. อย่างไรก็ตาม, เกรดที่แตกต่างกันในความต้านทาน.เนื่องจากโครงสร้างและองค์ประกอบคริสตัลของพวกมันสแตนเลสความแข็งแรงสูงและเหล็กผสมไทเทเนียมยังเปราะบางต่อสภาพแวดล้อมของไฮโดรเจน
การ ใช้ วัสดุ ที่ ไม่ เหมาะสม อาจ ส่ง ผล ให้ อุปกรณ์ ล้มเหลว ก่อน เวลา, ค่า ดูแล เพิ่ม ขึ้น, และ ส่ง ผล อันตราย ต่อ ความ ปลอดภัย เช่น:
A: เหล็กไร้ขัดมีคุณภาพสูงที่มีสารนิกเกิลสูง เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมไฮโดรเจน โดยเฉพาะสําหรับการใช้งานยาวนานมาตรฐาน ASTM ต้องการเหล็กไร้ขัดเหล็ก 316 ที่มีนิเคิลอย่างน้อย 10%แต่สําหรับการใช้งานไฮโดรเจน เนคเกิลที่มี 12% ทํางานได้ดีกว่า นิเคิลทําให้โครงสร้างเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้มั่นคงขึ้น เพิ่มความทนทานต่อการบดการทดสอบแสดงให้เห็นว่า 316 สแตนเลสที่มี 12% นิเคิลยังคงความยืดหยุ่นของความยืดหยุ่นได้ดีภายใต้การเผชิญกับไฮโดรเจน.
นิเคิลทําให้ออสเตนไทตมั่นคง ปรับปรุงความพลาสติกและความแข็งแรง โดยเพิ่มความทนทานต่อการบด และยังชะลอการกระจายของไฮโดรเจน ลดความเสี่ยงของการสะสมและบดของอะตอมกว่าปริมาณ นิเคิล, ปัจจัยเช่นความบริสุทธิ์ ขนาดเมล็ด และการแปรรูปยังมีผลต่อผลงาน
ตอบ: ในภาคพลังงานไฮโดรเจนที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว การเลือกวัสดุนั้นซับซ้อน แต่สําคัญ การเลือกที่ถูกต้องมีผลต่อชื่อเสียงของไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่น่าเชื่อถือและยั่งยืนโดยตรงการคัดเลือกที่ไม่ดี อาจทําให้อนาคตของมันเสี่ยงค้นหาผู้จําหน่ายที่มีความเชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์วัสดุที่ลึกซึ้งและกรณีการใช้งานไฮโดรเจนที่ประสบความสําเร็จ ให้คําปรึกษากับผู้เชี่ยวชาญเพื่อกําหนดทางออกที่ดีที่สุดสําหรับความต้องการเฉพาะเจาะจง
นอกจากนี้, พิจารณาสภาพแวดล้อมการทํางาน (อุณหภูมิ, ความดัน, สื่อ) เพื่อเลือกวัสดุที่มีผลงานที่เหมาะสมภายใต้สภาพการเฉพาะเจาะจง
เมื่อเทคโนโลยีพลังงานไฮโดรเจนก้าวหน้า ความต้องการของวัสดุจะเข้มข้นมากขึ้น วัสดุพลังงานไฮโดรเจนในอนาคตจะพัฒนาในทิศทางดังนี้:
นักวิจัยกําลังสํารวจวัสดุใหม่ๆ เช่น สับสนธิที่มีอัตราเอ็นโทรปีสูง วัสดุนาโนและอินเตอร์เมทัลลิก ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความหวังสําหรับการใช้งานไฮโดรเจนในอนาคต
พลังงานไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาด ประสิทธิภาพและยั่งยืน มีศักยภาพอันใหญ่หลวงโดยการเลือกวัสดุเป็นสิ่งสําคัญเพียงด้วยการเลือกวัสดุที่เหมาะสมเท่านั้นที่เราสามารถรับประกันระบบไฮโดรเจนที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือได้ โดยเปิดโอกาสเต็มที่สําหรับอนาคตที่สะอาดมาทํางานร่วมกันเพื่อแก้ปัญหาทางด้านวัตถุและส่งเสริมการนําพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ในโลก.
ลองจินตนาการถึงอนาคตที่ไม่มีการปล่อยก๊าซออก สวรรค์สีฟ้าจะไม่ซับซ้อนด้วยควันโรงงานอีกต่อไปดูเหมือนจะอยู่ภายในมือแต่พลังงานไฮโดรเจนไม่ง่ายเท่าที่คิดกัน มันต้องใช้วัสดุอย่างเข้มงวดมาก การละเลยเล็กน้อย ๆ ก็อาจส่งผลร้ายแรงเราเจาะลึกถึง "วัสดุที่ฆ่า" ที่ซ่อนอยู่ในอุปกรณ์พลังงานไฮโดรเจน: การปรับปรุงความอ่อนแอของไฮโดรเจน และสํารวจวิธีการหลีกเลี่ยงกับอุปสรรคที่ซ่อนอยู่บนเส้นทางของการเปลี่ยนพลังงาน
ในกระแสการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั่วโลก พลังงานไฮโดรเจนถูกมองว่าเป็น "ดาราอนาคต" ที่บรรทุกความปรารถนาที่ไม่สิ้นเชิงไปสู่พลังงานสะอาดมันมีแหล่งที่หลากหลาย และสามารถผลิตได้ด้วยวิธีต่างๆ เช่น การชําระไฟฟ้าด้วยน้ํา, การปรับปรุงเชื้อเพลิงฟอสซิล, และการเผาผลาญชีวพฤกษ์. ที่สําคัญยิ่งกว่านั้น การเผาผลาญไฮโดรเจนจะผลิตน้ําเท่านั้น
มุมมองการใช้พลังงานไฮโดรเจนมีขนาดใหญ่มาก รวมถึงการขนส่ง การผลิตอุตสาหกรรม การทําความร้อนอาคาร การเก็บพลังงาน และอื่นๆรถยนต์ไฟฟ้าไฮโดรเจน ถือว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกับรถยนต์ที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงส่งผลประโยชน์ เช่น ระยะทางไกล เวลาการเติมน้ํามันที่สั้น และการปล่อยก๊าซที่ไม่ออกในอุตสาหกรรมไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นสารลดหรือวัตถุดิบสังเคราะห์สําหรับการหลอมเหล็กและการผลิตสารเคมี, ลดการปล่อยคาร์บอนในอาคาร, เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถให้พลังงานไฟฟ้าและความร้อน,ไฮโดรเจนสามารถแปลงไฟฟ้าที่เกินเป็นพลังงานเคมีเพื่อเก็บ และนํากลับมาเป็นไฟฟ้าเมื่อจําเป็น, การแก้ไขความสับสนของพลังงานที่เกิดใหม่
อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะใช้พลังงานไฮโดรเจนได้อย่างแท้จริง และทําให้ "ดาวแห่งอนาคต" เป็นจริง เราต้องเอาชนะปัญหาทางเทคนิคหลายอย่างการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนเป็นเส้นเชื่อมที่สําคัญ และเป็นหนึ่งในอุปสรรคที่สําคัญที่สุดในการใช้พลังงานไฮโดรเจนไฮโดรเจนมีความหนาแน่นของพลังงานขนาดต่ํา มีความสามารถในการเผาไหม้และระเบิดได้สูง และมีความชุ่มชื่นต่อการเจาะเข้าไป ทําให้การเก็บและขนส่งของมันยากลําบากมาก
ปัจจุบัน วิธีการเก็บไฮโดรเจนส่วนใหญ่รวมถึงการเก็บไฮโดรเจนแบบก๊าซแรงดันสูง การเก็บไหล่ไหล่ไหล่และการเก็บไหล่แบบแข็งการเก็บก๊าซความดันสูงมีความวัสดุพอสมควร แต่มีความหนาแน่นพลังงานขนาดต่ําจําเป็นต้องใช้ถังความดันสูง และมีอันตรายต่อความปลอดภัยการเก็บของของเหลวแบบหอมเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานขนาดอย่างมาก แต่ต้องใช้ไฮโดรเจนในการเย็นถึงอุณหภูมิต่ํามาก (-253 °C)การเก็บข้อมูลในสมบัติดังคงมีความหนาแน่นของพลังงานขนาดสูงและความปลอดภัยที่ดี แต่ยังคงมีค่าใช้จ่ายสูงและยังคงไม่成熟ทางเทคโนโลยี
วิธีการขนส่งไฮโดรเจนส่วนใหญ่ประกอบด้วยการขนส่งทางท่อ, รถบรรทุกน้ํามันและการขนส่งทางเรือการขนส่งไฮโดรเจนในขนาดใหญ่ แต่ต้องการท่อระบายน้ําฮอดโรเจนพิเศษที่มีการลงทุนที่สําคัญรถบรรทุกน้ํามันเหมาะสําหรับการขนส่งระยะสั้นและขนาดเล็ก แต่ไม่ประสิทธิภาพ การขนส่งทางเรือเหมาะสําหรับระยะไกลการขนส่งขนาดใหญ่ แต่ต้องการการผสมผสานหรือแปลงไฮโดรเจนเป็นรูปแบบอื่น ๆ ก่อนการขนส่ง.
ไม่ว่าจะเป็นสําหรับการจัดเก็บหรือขนส่ง ไฮโดรเจนต้องมีความต้องการที่เข้มงวดมากต่อวัสดุ วัสดุโลหะดั้งเดิมส่งผลให้อุปกรณ์ล้มเหลว และแม้กระทั่งอุบัติเหตุความปลอดภัยฉะนั้น การพัฒนาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมของไฮโดรเจน เป็นด้านสําคัญของการใช้พลังงานไฮโดรเจน
ไฮโดรเจน เป็น "ธาตุอันดับหนึ่ง" ในตารางประจําปี มีปริมาณอะตอมเล็กที่สุด และมวลเบาที่สุดคุณสมบัติฟิสิกอลพิเศษเหล่านี้ทําให้มันมีความชุ่มชื่นมากที่จะเจาะเข้าไปในภายในของวัสดุโลหะโดยเฉพาะในการใช้งานพลังงานไฮโดรเจนในทางปฏิบัติ ไฮโดรเจนมักมีอยู่ในรูปแบบของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งเป็นปัญหาเพิ่มเติม
การบดไฮโดรเจนเป็นรูปแบบของการกัดกรองไฮโดรเจนที่ลดความเหนื่อยล้าและความทนต่อการแตกของโลหะ กระบวนการนี้สามารถเข้าใจง่าย ๆ ดังนี้:โมเลกุลไฮโดรเจนแตกเป็นอะตอมไฮโดรเจน, ซึ่งเจาะเข้าไปในโลหะและสะสมที่จุดปริมาณความเครียด, เช่นจุดแตก, ขอบแกรน, การรวม, หรือฝนตก.อะตอมไฮโดรเจนอาจรวมกันใหม่เป็นโมเลกุลไฮโดรเจน, ทําให้เกิดความอ่อนแอของไฮโดรเจนมากขึ้น
การเกิดของสารไฮโดรเจนคือกระบวนการทางกายภาพเคมีที่ซับซ้อน ซึ่งมีหลายขั้นตอน: การดึงดูดไฮโดรเจน, การดูดซึม, การกระจายและการสะสมอะตอมไฮโดรเจนสับซ้อนลงบนพื้นผิวโลหะ, แล้วแยกออกเป็นไอออนไฮโดรเจน ซึ่งเข้าไปในส่วนในของโลหะ แพร่กระจายไปยังจุดปริมาณความเครียด ติดต่อกับอะตอมโลหะและในที่สุดทําให้คุณสมบัติทางกลของวัสดุ.
ความเสี่ยงของการปรับปรุงไฮโดรเจน ไม่อาจถูกประเมินต่ําได้ มันอาจนําไปสู่การล้มเหลวของอุปกรณ์ก่อนกําหนด ค่ารักษาที่เพิ่มขึ้น และแม้กระทั่งอุบัติเหตุความปลอดภัยสะกัดการนําพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ทั่วไปตัวอย่างเช่น การแตกของท่อหลอดไฮโดรเจน เนื่องจากความอ่อนแอ อาจทําให้รั่วไหล ส่งผลให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิดถังเก็บของรถยนต์ที่มีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ที่ล้มเหลวเพราะความอ่อนแอ อาจทําให้รถยนต์ไม่สามารถใช้งานได้ หรืออาจทําให้เกิดอุบัติเหตุ.
ดังนั้น การเลือกวัสดุจึงมีความสําคัญในการออกแบบและการสร้างระบบพลังงานไฮโดรเจนเพียงวัสดุที่มีความทนทานที่ดีต่อการบดหุ่นไฮโดรเจนเท่านั้นที่สามารถรับประกันการทํางานที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือของระบบพลังงานไฮโดรเจน.
แล้วเราจะสร้างอุปกรณ์พลังงานไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งและน่าเชื่อถือได้อย่างไร คําตอบอยู่ที่การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสแตนเลสที่มีคุณภาพสูง สามารถทนต่อความท้าทายของไฮโดรเจนได้ดีกว่า.
สแตนเลสเป็นสแตนเลสสแตนเลสประกอบด้วยเหล็ก โดยหลักแล้วมีธาตุสแตนเลส เช่น โครเมียม นิเคิล และโมลิบเดนัม โครเมียมเป็นฟิล์มออกไซด์หนาบนผิวสแตนเลสป้องกันการกัดกร่อนนิเคิลเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งแรง ในขณะที่โมลิบเดนูมเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน
ชนิดของสแตนเลสที่แตกต่างกันแสดงความทนทานที่แตกต่างกันต่อการแตกของไฮโดรเจน โดยทั่วไปสแตนเลส austenitic ทําได้ดีต่อการแตกของไฮโดรเจนขณะที่เหล็กไร้ขัดเหล็กเฟอริตและมาร์เทนซิติสติค.
สแตนเลส austenitic สแตนเลส austenitic ซึ่งประกอบด้วย austenite เป็นหลัก มีความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความสามารถในการปั่นได้ดี ทําให้มันถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี น้ํามันและอาหารประเภททั่วไปประกอบด้วย 304, 316 และ 321 เหล็กไร้ขัดเหล็ก ferritic ซึ่งประกอบด้วยเฟอริตเป็นหลัก มีความแข็งแรงและความทนทานต่อการกัดสนองสูงกว่า แต่ความพลาสติกและความแข็งแรงต่ํากว่าทําให้พวกมันมีความชุ่มชื่นต่อการบดหอมและการบดน้ํามันหมวดประเภททั่วไปประกอบด้วย 430 และ 446 สแตนเลสไร้ขัดสีมาร์เทนซิท สามารถเสริมสร้างได้โดยการรักษาด้วยความร้อน, ให้ความแข็งแรงและความแข็งแรงสูง แต่ความเปราะบางและความแข็งแรงที่ยากจนทําให้พวกมันมีความเปราะบางต่อการปรับปรุงไฮโดรเจนคะแนนทั่วไปประกอบด้วย 410 และ 420
ดังนั้นสแตนเลส austenitic ควรได้รับความสําคัญในการออกแบบและการก่อสร้างระบบพลังงานไฮโดรเจน หากต้องใช้สแตนเลส ferritic หรือ martensiticการป้องกันที่เหมาะสม เช่น การเคลือบผิวหรือการป้องกัน cathodic.
นอกเหนือจากสแตนเลสแล้ว วัสดุอื่นๆ เช่น สายเหล็กอัลลูมิเนียม สายเหล็กไทเทเนียม และสายเหล็กเนคเคิล ก็ยังแสดงความทนทานที่ดีต่อการแตกของไฮโดรเจนวัสดุเหล่านี้แพงกว่า แต่มีประสิทธิภาพสูงกว่าทําให้มันเหมาะสําหรับการใช้งานที่มีความปลอดภัยสูง
ด้านล่างเราจะตอบคําถามทั่วไปหลายอย่าง เพื่อสํารวจข้อพิจารณาหลักในการเลือกวัสดุพลังงานฮายโดรเจน
ตอบ: ความแตกตึงของโลหะที่เกิดจากความเย็น หมายถึงการลดความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความทนทานต่อความเหนื่อยล้าและการแตกของโลหะ เมื่ออุณหภูมิตกโลหะจะเปราะบางมากขึ้นและมีความเสี่ยงต่อการแตกที่อุณหภูมิต่ํา.
ชนิดของสแตนเลสที่แตกต่างกันแสดงความต้านทานที่แตกต่างกันต่อการปรับปรุงความรุนแรงขณะที่สแตนเลสเฟอริต (รวมสแตนเลสเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเหล็ก), ferritic, or duplex stainless steels) มีแนวโน้มต่อการปรับปรุงความเปราะบางแบบไครโอเจนิกมากขึ้น ดังนั้นสแตนเลสออสเตนไทม์เป็นทางเลือกที่ชอบสําหรับระบบไฮโดรเจนเหลวหากการใช้งานของคุณมีความรู้สึกต่อการบดหักสแตนเลส austenitic เป็นทางที่จะไป
สแตนเลสไร้ขัดเหลือง austenitic ทนต่อการบดหักแบบหักเพราะโครงสร้างคริสตัลแบบฟาเซ็นทรัลคิวบิก (FCC) ที่รักษาความเป็นพลาสติกและความแข็งแรงที่ดีในอุณหภูมิต่ําป้องกันการหักหักนอกจากนี้เหล็กเหล็กอัลลูมิเนียมบางเหล็กเหล็กไทเทเนียม และเหล็กเหล็กเหล็กเหล็กเนคเคิลยังทนต่อการปรับปรุงทําให้มันเหมาะกับสภาพแวดล้อม cryogenic เช่น การเก็บและขนส่งไฮโดรเจนเหลว.
ตอบ: การทําให้โลหะแตกง่ายขึ้นด้วยไฮโดรเจน เป็นรูปแบบของการกัดสลายด้วยไฮโดรเจนที่ลดความเหนื่อยและความทนต่อการแตกของโลหะโมเลกุลไฮโดรเจนจะแยกออกเป็นอะตอมที่เจาะเข้าไปในโลหะและสะสมที่จุดความเข้มข้น, ขอบเขตของเมล็ด, การรวม, หรือฝนตก ในบางกรณี, อะตอมไฮโดรเจนอาจประกอบตัวใหม่เป็นโมเลกุล, ทําให้เกิดความอ่อนแอมากขึ้น
การบดไฮโดรเจนมีหลายขั้นตอน: การดึงดูดไฮโดรเจน, การละลาย, การดูดซึม, การแพร่ระบาย, การสะสม, และในที่สุดการหักหัก.การเกิดของมันขึ้นอยู่กับปัจจัย เช่น ความดันของไฮโดรเจน, อุณหภูมิ ความบริสุทธิ์ ประเภทโลหะ, ประกอบ, โครงสร้างจุล และขนาดความเครียด/ความถี่
A: วัสดุที่มีความชุ่มชื่นต่อการบดหินไฮโดรเจนเพิ่มความเสี่ยงของการล้มเหลวของระบบได้อย่างสําคัญ โดยทั่วไปวัสดุที่มีความแข็งแกร่งสูงกว่ามีความรับรู้มากขึ้นด้วยโครงสร้างคริสตัล FCC, ความแข็งแรงปานกลาง, และ ductility ดี, โดยทั่วไปเหมาะสมสําหรับสภาพแวดล้อมไฮโดรเจน. อย่างไรก็ตาม, เกรดที่แตกต่างกันในความต้านทาน.เนื่องจากโครงสร้างและองค์ประกอบคริสตัลของพวกมันสแตนเลสความแข็งแรงสูงและเหล็กผสมไทเทเนียมยังเปราะบางต่อสภาพแวดล้อมของไฮโดรเจน
การ ใช้ วัสดุ ที่ ไม่ เหมาะสม อาจ ส่ง ผล ให้ อุปกรณ์ ล้มเหลว ก่อน เวลา, ค่า ดูแล เพิ่ม ขึ้น, และ ส่ง ผล อันตราย ต่อ ความ ปลอดภัย เช่น:
A: เหล็กไร้ขัดมีคุณภาพสูงที่มีสารนิกเกิลสูง เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมไฮโดรเจน โดยเฉพาะสําหรับการใช้งานยาวนานมาตรฐาน ASTM ต้องการเหล็กไร้ขัดเหล็ก 316 ที่มีนิเคิลอย่างน้อย 10%แต่สําหรับการใช้งานไฮโดรเจน เนคเกิลที่มี 12% ทํางานได้ดีกว่า นิเคิลทําให้โครงสร้างเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้มั่นคงขึ้น เพิ่มความทนทานต่อการบดการทดสอบแสดงให้เห็นว่า 316 สแตนเลสที่มี 12% นิเคิลยังคงความยืดหยุ่นของความยืดหยุ่นได้ดีภายใต้การเผชิญกับไฮโดรเจน.
นิเคิลทําให้ออสเตนไทตมั่นคง ปรับปรุงความพลาสติกและความแข็งแรง โดยเพิ่มความทนทานต่อการบด และยังชะลอการกระจายของไฮโดรเจน ลดความเสี่ยงของการสะสมและบดของอะตอมกว่าปริมาณ นิเคิล, ปัจจัยเช่นความบริสุทธิ์ ขนาดเมล็ด และการแปรรูปยังมีผลต่อผลงาน
ตอบ: ในภาคพลังงานไฮโดรเจนที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว การเลือกวัสดุนั้นซับซ้อน แต่สําคัญ การเลือกที่ถูกต้องมีผลต่อชื่อเสียงของไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่น่าเชื่อถือและยั่งยืนโดยตรงการคัดเลือกที่ไม่ดี อาจทําให้อนาคตของมันเสี่ยงค้นหาผู้จําหน่ายที่มีความเชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์วัสดุที่ลึกซึ้งและกรณีการใช้งานไฮโดรเจนที่ประสบความสําเร็จ ให้คําปรึกษากับผู้เชี่ยวชาญเพื่อกําหนดทางออกที่ดีที่สุดสําหรับความต้องการเฉพาะเจาะจง
นอกจากนี้, พิจารณาสภาพแวดล้อมการทํางาน (อุณหภูมิ, ความดัน, สื่อ) เพื่อเลือกวัสดุที่มีผลงานที่เหมาะสมภายใต้สภาพการเฉพาะเจาะจง
เมื่อเทคโนโลยีพลังงานไฮโดรเจนก้าวหน้า ความต้องการของวัสดุจะเข้มข้นมากขึ้น วัสดุพลังงานไฮโดรเจนในอนาคตจะพัฒนาในทิศทางดังนี้:
นักวิจัยกําลังสํารวจวัสดุใหม่ๆ เช่น สับสนธิที่มีอัตราเอ็นโทรปีสูง วัสดุนาโนและอินเตอร์เมทัลลิก ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความหวังสําหรับการใช้งานไฮโดรเจนในอนาคต
พลังงานไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาด ประสิทธิภาพและยั่งยืน มีศักยภาพอันใหญ่หลวงโดยการเลือกวัสดุเป็นสิ่งสําคัญเพียงด้วยการเลือกวัสดุที่เหมาะสมเท่านั้นที่เราสามารถรับประกันระบบไฮโดรเจนที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือได้ โดยเปิดโอกาสเต็มที่สําหรับอนาคตที่สะอาดมาทํางานร่วมกันเพื่อแก้ปัญหาทางด้านวัตถุและส่งเสริมการนําพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ในโลก.
