Mae'r nod byd-eang o gyflawni allyriadau sero erbyn 2050 yn sbarduno twf cyflym mewn llongau pwysau cyfansawdd.
llun
Llestri Gwasgedd Cyfansawdd
Mae llongau storio nwy pwysedd uchel yn un o'r marchnadoedd mwyaf a chyflymaf sy'n tyfu ar gyfer cyfansoddion datblygedig, yn enwedig cyfansoddion ffibr carbon clwyf ffilament. Er y gellir eu defnyddio mewn offer anadlu hunangynhwysol ac i ddarparu storfa ocsigen a nwy ar gyfer cerbydau awyrofod, y brif farchnad derfynol yw nwy propan hylifedig (LPG), nwy naturiol cywasgedig (CNG), nwy naturiol adnewyddadwy (RNG) a hydrogen. (H2) storio. Tra bod silindrau LPG yn cael eu defnyddio mewn ceir, mae galw cynyddol amdanynt mewn marchnadoedd coginio a gwresogi mewn gwledydd sy'n datblygu.
Mae systemau tanwydd fel nwy naturiol cywasgedig (CNG), nwy naturiol adnewyddadwy (RNG) a hydrogen (H2) yn cael eu defnyddio'n gynyddol mewn ceir, bysiau, faniau a gorsafoedd nwy "Resupply eraill neu gludiant swmp mewn safleoedd diwydiannol. Mewn ceisiadau cerbydau, mae'r rhain yn mae tanciau storio tanwydd yn rhan bwysig o drenau pŵer glân, allyriadau sero sy'n lleihau neu'n disodli gasoline, disel a thanwydd jet.Mae'r trenau pŵer hyn hefyd yn darparu opsiwn di-dâl ar gyfer cerbydau sy'n cael eu pweru gan fatri, sy'n gofyn am seilwaith ail-lenwi ac amseroedd ail-lenwi â thanwydd tebyg i ail-lenwi tanwydd ffosil. tanwydd.
Mae 5 math o lestri gwasgedd:
Math I: Pob gwaith adeiladu metel, adeiladu dur fel arfer.
Math II: Metel yn bennaf gyda rhai ffibrau clwyfau cylch, fel arfer dur neu alwminiwm metel a chyfansoddion gwydr ffibr, mae'r cynhwysydd metel yn rhannu'n fras yr un llwythi strwythurol â'r cyfansawdd.
Math III: Mae'r leinin metel wedi'i lapio'n llwyr â deunyddiau cyfansawdd, fel arfer mae deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon yn cael eu lapio o amgylch y leinin alwminiwm, ac mae'r deunydd cyfansawdd yn dwyn y llwyth strwythurol.
Math IV: Strwythur holl-gyfansawdd, fel arfer tanc mewnol wedi'i wneud o polyamid (PA) neu polyethylen dwysedd uchel (HDPE), mae'r tanc mewnol wedi'i dorri â ffibr carbon neu ddeunydd cyfansawdd wedi'i gymysgu â ffibr carbon / ffibr gwydr, a'r cyfansawdd mae deunydd yn dwyn yr holl lwythi strwythurol.
Math V: Adeiladwaith di-lein, holl-gyfansawdd.
Yn draddodiadol, roedd Math I yn dal mwy na 90 y cant o'r farchnad, ond mae hyn wedi'i wneud yn bosibl oherwydd gwerthiannau cynyddol o lestri pwysau Math III a Math IV oherwydd arbedion pwysau o ddeunyddiau cyfansawdd a gwell effeithlonrwydd storio nwy cywasgedig Dechreuwyd newid. Mae Math V yn dal yn ei fabandod ac mae'n diwallu anghenion cymwysiadau gofod yn bennaf. Gyda datblygiad y diwydiant gofod newydd, mae hwn yn fath o gynnyrch sy'n haeddu sylw. Er enghraifft, ym mis Ebrill 2020, datblygodd cwmni Infinite Composites Technologies (ICT) o’r Unol Daleithiau danc cryogenig siâp V sfferig a ddefnyddir i storio gyriannau hylif cryogenig ar gerbydau lansio gofod a bwerir gan rocedi. Mae'r tanc cryosffer epocsi epocsi ffibr carbon hwn yn cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio proses dirwyn ffilament a phroses halltu popty diwydiannol.
Sbardunau'r Farchnad a Chyfraddau Twf
Prif yrrwr y farchnad hon yw'r ymrwymiad byd-eang cynyddol i leihau'r effaith ar yr hinsawdd trwy newid o danwydd ffosil i danwydd adnewyddadwy sy'n lleihau allyriadau fel CNG, RNG a H2 i gyflawni allyriadau sero erbyn 2050 . Yn ôl adroddiad newydd gan yr Asiantaeth Ynni Rhyngwladol, "Net Zero Allyriadau erbyn 2050: Map Ffordd ar gyfer y Sector Ynni Byd-eang": Mae'r ymrwymiadau hinsawdd y mae llywodraethau wedi'u gwneud hyd yn hyn, os cânt eu gwireddu'n llawn, yn llawer llai na 2050 Y nod o leihau yn lle hynny mae allyriadau CO2 byd-eang net sy'n gysylltiedig ag ynni i sero yn rhoi cyfle i'r byd gyfyngu ar y cynnydd mewn tymheredd byd-eang i 1.5 gradd .
Mae'n werth nodi, yn ogystal â'r ymrwymiadau uchod, bod taleithiau Connecticut, Maryland, Massachusetts, New Jersey, Efrog Newydd, Oregon, Rhode Island, Vermont a Washington eisoes wedi ymrwymo i beidio â chynhyrchu ceir tanwydd ffosil newydd i deithwyr, yn y cyfamser. , ymunwch â California, Colorado, Hawaii, Maine, Gogledd Carolina, Oregon, Pennsylvania ac Ardal Columbia i wahardd gwerthu cerbydau canol a thrwm tanwydd ffosil newydd.
Mewn arwydd arall o dwf, mae Cummins Inc. o'r Unol Daleithiau, sy'n cynhyrchu 130 miliwn o beiriannau tanio mewnol (ICEs) y flwyddyn, y mae llawer ohonynt yn cael eu defnyddio mewn bysiau a thryciau dyletswydd canolig a thrwm, wedi buddsoddi mewn datblygu Dosbarth. fan 8 cell tanwydd ac injan hydrogen. Ym mis Mehefin 2021, dywedodd Cummins, erbyn diwedd y ganrif hon, y bydd y cynhyrchion hyn yn agosáu at gyfanswm cost perchnogaeth (TCO) injan diesel, ac y bydd cludiant trwm yn y dyfodol yn cael ei bweru gan hydrogen, celloedd tanwydd neu fatris yn hytrach na diesel.
Roedd gwerthiannau byd-eang cerbydau nwy naturiol (NGVs) yn 2020 yn uwch nag a ragwelwyd yn flaenorol: gwerthwyd 29.8 miliwn o unedau mewn gwirionedd yn erbyn y 24.4 miliwn a ragwelwyd, yn ôl Adroddiad Ymchwil Grandview 2021. Mae'r adroddiad hefyd yn rhagweld y bydd gwerthiannau yn 2021 tua 31 miliwn o unedau, a bydd yn cynyddu i 38.9 miliwn o unedau yn 2028, gan gyflawni cyfradd twf blynyddol cyfansawdd (CAGR) o 3.3 y cant. Mae DataIntelo yn honni bod llongau Math I yn y farchnad cychod CNG yn cyfrif am oddeutu 55 y cant o'r farchnad, tra bod llongau Math II, Math III a Math IV yn cyfrif am oddeutu 25 y cant, 15 y cant a 5 y cant o'r farchnad, yn y drefn honno.
Rhagwelodd Tony Roberts o AJR Consulting a Dan Pichler o CarbConsult y bydd y galw am ffibr carbon mewn llestri gwasgedd cyfansawdd yn cynyddu o 13,100 t yn 2021 i 20,230 t yn 2026, a disgwylir i gyfanswm y galw am ffibr carbon yn 2021 fod yn 106,700 t. Isod, disgwylir i gyfanswm y galw am ffibr carbon gyrraedd 169,000t yn 2026. Mae Roberts a Pichler yn amcangyfrif y bydd y rhan fwyaf o'r ffibr carbon a ddefnyddir mewn llestri gwasgedd yn mynd i bibellau symudol (6900t yn 2026) a bysiau a faniau (6400t yn 2026).
Yn ogystal, yn ôl rhyddhau cerbydau tanwydd hydrogen newydd ledled y byd, amcangyfrifir y bydd pob tanc storio hydrogen 700bar sy'n cynnwys 60 y cant o ffibr ac sy'n pwyso 5.6kg yn defnyddio 62-72kg o ffibr carbon. Erbyn 2030, dim ond tanciau storio hydrogen fydd angen ffibr carbon. Bydd y gyfrol yn cyrhaedd 166650t. Fodd bynnag, mae rhagamcanion ar gyfer y cerbydau hyn yn geidwadol, gyda dim ond 1 y cant o gerbydau nwyddau trwm, llai na 10 y cant o fysiau a llai nag 1 y cant o geir y disgwylir iddynt ddefnyddio hydrogen.
Defnyddio Deunyddiau Cyfansawdd ar gyfer Llestri Pwysedd
Gwneir llestri gwasgedd cyfansawdd Math IV ar gyfer storio hydrogen trwy weindio ffibr carbon o amgylch leinin plastig a defnyddio resin epocsi. Mae cyflenwyr offer deunydd cyfansawdd sy'n dylunio a gweithgynhyrchu llinellau cynhyrchu tanciau storio hydrogen un contractwr tra awtomataidd yn cynnwys: Autonational Composites yn yr Iseldiroedd, Technoleg Peirianneg yn yr Unol Daleithiau, McClean Anderson yn yr Unol Daleithiau, MIKROSAM ym Macedonia a Roth Composite Machinery yn yr Almaen, Yr olaf yn honni y gellir cynhyrchu tanciau storio hydrogen bum i ddeg gwaith yn gyflymach gyda'i dechnoleg Rothawin newydd. Mae MIKROSAM yn honni bod ei gwsmer, JSC DPO Plastik o Rwsia, wedi defnyddio llinell gynhyrchu fwyaf y byd ar gyfer cynhyrchu cynwysyddion CNG a thanciau storio hydrogen, sy'n gallu dirwyn 60,000 o gynwysyddion y flwyddyn.
Dywed Cevotec yr Almaen y gall arbed 20 y cant mewn deunydd ac 20 y cant mewn amser beicio trwy ddefnyddio ei system Fiber Patch Placement (FPP) yn ardal gromen llestr pwysedd. Esboniodd Prif Swyddog Gweithredol Cevotec, er mwyn storio 1kg o hydrogen, bod y pwysau gweithio yn y cynhwysydd hyd at 700 bar, sy'n golygu bod angen tua 10kg o ffibr carbon, sy'n gymhareb uchel iawn. Mae'r system FPP yn gallu cymhwyso clytiau ffibr carbon sydd wedi'u dylunio'n ofalus yn union i ardaloedd sydd weithiau'n achosi problemau yn ystod y broses weindio. Dywedir y gall system FPP sengl atgyfnerthu cynwysyddion o beiriannau weindio lluosog.
Er bod y rhan fwyaf o longau pwysau Math IV a ddefnyddir ar gyfer storio nwy cywasgedig yn defnyddio ffibr carbon ar gyfer atgyfnerthu strwythurol a ffibr gwydr ar gyfer yr haen allanol i atal difrod, mae Umoe Advanced Composites Norwy (UAC) yn defnyddio ffibr gwydr yn unig ar gyfer ei longau Math IV. Mae UAC yn cynnig 200-350 llongau bar ar gyfer y farchnad cludo nwy naturiol yn hytrach na'r farchnad fodurol, a bydd yn ehangu ei bortffolio cynnyrch i gynnwys 450-500 llestri bar yn 2022. Fel y nodwyd gan Brif Swyddog Gweithredol UAC Øyvind Hamre, gwydr-ffibr -mae llongau polymer wedi'u hatgyfnerthu (GFRP) yn costio'r un peth â llongau dur, ond maent 70 y cant yn ysgafnach. O'u cymharu â chynwysyddion CFRP, er bod cynwysyddion GFRP yn drymach, maent yn lleihau'r gost 50 y cant.
llun
Mae llongau Math IV wedi'u gwneud o gyfansoddion wedi'u hatgyfnerthu â ffibr gwydr yn rhatach na chyfansoddion ffibr carbon ac yn ysgafnach na llestri dur (llun trwy Umoe Advanced Composites)
Tanciau storio hydrogen mewn llawer o farchnadoedd
Ar gyfer Hexagon Purus yn Norwy a NPROXX yn yr Iseldiroedd (menter ar y cyd 50:50 rhwng Cummins a Cimmaron Composites yn yr Unol Daleithiau, mae wedi'i gaffael gan Hanwha yn Ne Korea. Cyhoeddodd y cwmni yn 2021 y bydd yn buddsoddi 130 miliwn o ddoleri'r UD yn Alaba, UDA Dosbarthu hefyd yn farchnad bwysig ar gyfer adeiladu ffatri cynhyrchu newydd yn Opelika, MA.
Mae cymhwyso tanciau storio hydrogen nid yn unig wedi ennill twf yn y farchnad ddosbarthu, ond hefyd ym meysydd ceir, tryciau, cludiant rheilffordd a chludiant morol. “Bydd rhai o’r faniau a adeiladwyd yn Ewrop yn cael eu pweru gan hydrogen,” meddai Michael Himmen, rheolwr gyfarwyddwr a phennaeth gwerthiant yn NPROXX, gwneuthurwr tanciau storio hydrogen. Yn ôl rheoliadau Ewropeaidd, erbyn 2030, rhaid i OEMs tryciau sicrhau bod allyriadau CO2 eu tryciau yn cael eu lleihau ar gyfartaledd o 30 y cant o gymharu â lefelau 2019. Yn ôl cynnig Himmen, gall 5 y cant o lorïau Ewropeaidd ddefnyddio pŵer hydrogen, sy'n golygu y bydd angen cyfanswm o 15,000 i 20,000 tryciau hydrogen bob blwyddyn. Mae'n sicr y gallai 2,{11}} faniau wedi'u pweru gan hydrogen gael eu hadeiladu flwyddyn yn dechrau yn 2026-27 ac yn tyfu'n gyson oddi yno. Os oes gan bob cerbyd 5 i 7 o danciau storio hydrogen Math IV, o fewn 10 mlynedd, efallai y bydd angen 100,000 o danciau storio hydrogen a 6,000 tunnell o ffibr carbon ar lorïau trwm y flwyddyn.
O ran rheilffyrdd, mae trenau Alstom's Coradia iLint sy'n cael eu pweru gan hydrogen wedi cael eu defnyddio yn yr Almaen. Mae 14 o drenau i Sacsoni Isaf wedi dechrau rhedeg yn 2021, a bydd 27 o drenau i brif ranbarth y Rhein yn dechrau yn 2022. flynyddoedd i gael eu defnyddio. Yn ogystal, mae trenau iLint yn cael eu profi ar hyn o bryd yn Awstria a'r Iseldiroedd. Mae dau gar y trên yn defnyddio 24 o danciau storio hydrogen Math IV, sy'n cael eu gosod mewn adrannau to ar ben pob car, sydd hefyd yn cynnwys celloedd tanwydd. Cyflenwodd Hexagon Composites y tanc storio hydrogen ar gyfer y trên prototeip yn seiliedig ar ei danc storio trwm gyda diamedr o 416mm a hyd o 3128mm, a all ddal 300L neu 9kg o hydrogen ar bwysedd o 350 bar. Nawr, mae NPROXX yn darparu tanciau storio hydrogen â diamedr o 500mm, hyd o 2200mm a phwysau storio o 350bar ar gyfer trenau iLint.
llun
Mae Alstom wedi gwerthu 41 o drenau wedi’u pweru gan hydrogen Coradia iLint ac mae’n profi eraill (llun trwy Alstom)
llun
Mae cwmni rheilffordd o Ffrainc, SNCF, wedi archebu 12 o drenau rhanbarthol modd deuol trydan Alstom's Coradia Polyvalent (llun trwy Alstom)
llun
Mae Alstom yn gweithio gydag Eversholt Rail yn y DU i drawsnewid trenau trydan yn drenau Breeze sy’n cael eu pweru gan hydrogen (llun drwy Alstom)
Mae datblygiadau eraill sy'n ymwneud â threnau sy'n cael eu pweru gan hydrogen yn cynnwys: trên Mireo Plus H gyda cherbydau 2 a 3 a ddatblygwyd gan Siemens o'r Almaen, a fydd yn cael ei brofi mewn sawl rhanbarth o'r Almaen yn ystod 2023-2024. Yn y cyfamser, mae Hexagon Purus yn cyflenwi tanciau storio hydrogen Math IV ar gyfer y trenau Vital-One y bydd Talgo Sbaen yn dechrau eu profi yn 2023. Bydd Hexagon Purus hefyd yn cyflenwi tanciau storio hydrogen i Swiss Stadler Rail ar gyfer ei drên FLIRT cyntaf a adeiladwyd ac a brofwyd yn y Swistir, sy'n yn dechrau gwasanaeth yn San Bernardino, California, UDA yn 2024.
llun
Mae Siemens yn datblygu trên Mireo Plus H i'w brofi yn 2023-2024 (llun gan Siemens)
O ran llongau, cyhoeddodd Hexagon Purus ym mis Mehefin 2021 y bydd yn sefydlu is-gwmni newydd, Hexagon Purus Maritime. "Rydym bellach yn gweld cynnydd cyflym yn y galw a'r camau gweithredu ar gyfer hydrogen yn y farchnad forol," eglura Jørn Helge Dahl, Cyfarwyddwr Gwerthiant a Marchnata yn Hexagon Purus. Mae cymwysiadau storio ar y môr yn cynnig ateb delfrydol." Mae Dahl yn credu y bydd y diwydiant morol yn gweld mwy a mwy o brosiectau'n cael eu buddsoddi yn y sector wrth i 2030 agosáu, wedi'u hysgogi gan dargedau a osodwyd gan y Sefydliad Morwrol Rhyngwladol (IMO, Llundain, y DU). : Rhaid i bob llong newydd a phresennol leihau allyriadau CO2 40 y cant erbyn 2030 a 70 y cant erbyn 2050, o gymharu â 2008.
Ym maes hedfan, gwelodd 2020 ymchwydd sydyn mewn diddordeb mewn hydrogen wrth i lywodraeth Ffrainc ryddhau Airbus oherwydd canlyniad y pandemig COVID{1}} tra'n ei gwneud yn ofynnol iddi ddod ag awyrennau masnachol wedi'u pweru gan hydrogen i'r farchnad erbyn 2035 . Yn ystod haf 2020, lansiodd Airbus ei brosiect ZEROe gyda thri model awyren, y defnyddir y cefn 1/3 ohonynt i storio hydrogen hylif ac mae angen rheolaeth cryogenig arnynt.
Opsiwn arall ar gyfer turboprops rhanbarthol yw'r modiwl dau danc a ddatblygwyd gan y cwmni UDA Universal Hydrogen, sy'n defnyddio ffrâm CFRP. "Rydym yn darparu'r modiwlau ar alw, felly nid oes angen cyfleuster storio hydrogen," esboniodd JP Clarke, CTO o Universal Hydrogen. "Gellir llwytho'r modiwlau hyn ar yr awyren mewn modd syml, yn union fel batris neu gyflenwadau cegin." Cyhoeddodd y cwmni yn 2021, ei fod wedi arwyddo llythyrau o fwriad gyda thri chwmni hedfan rhanbarthol i ôl-ffitio systemau gyrru hydrogen ar gyfer awyrennau turboprop presennol.
Cyhoeddodd y cwmni o'r Unol Daleithiau ZeroAvia ym mis Ebrill 2021 ei fod yn datblygu 2-sedd ar gyfer 50-jet rhanbarthol o seddi.
MW o drenau pŵer hydrogen-trydan. Cwblhaodd y cwmni $24.3 miliwn mewn cyllid yn 2021, a fydd yn ei helpu i gyflawni masnacheiddio yn 2024 a dechrau gwasanaethu awyrennau rhanbarthol sifil yn 2026.
Heriau storio hydrogen
Mae cynwysyddion Math IV hefyd yn wynebu problemau difrifol. Yn fwyaf nodedig, mae cost ffibr carbon yn gwneud y cynwysyddion hyn yn ddrud iawn. Mater allweddol arall yw dwysedd storio. Er bod hydrogen cywasgedig yn darparu tair gwaith yr egni fesul màs o gasoline, mae ei egni fesul cyfaint yn sylweddol is, sy'n gofyn am gynwysyddion mawr i wrthsefyll y pwysau uchel sydd ei angen i storio digon o danwydd. Mae hydrogen mewn gwirionedd yn cynnig dwysedd uwch fel hylif cryogenig pan gaiff ei storio ar -253 gradd, tra pan gaiff ei storio mewn tanc cywasgu cryogenig (CCH2) ar -230 gradd , 300 bar, dywedir bod gan hydrogen ddwysedd uwch na phan storio ar 700 bar 50 y cant yn uwch mewn cynwysyddion Math IV. Yn gyffredinol, mae tanciau cryogenig yn fetelaidd, ac ni ddangoswyd eto bod gan danciau cryogenig a wneir o ddeunyddiau mwy cyfansawdd yr un perfformiad a bywyd blinder yn union fel y dangosir mewn cynwysyddion nwy cywasgedig Math IV, sydd wedi'u cronni gan ddata perfformiad dros 25 mlynedd.
Mater arall yw ei bod yn bosibl na fydd cynhyrchu miliynau o danciau storio hydrogen sydd eu hangen i gyrraedd targedau cerbydau celloedd tanwydd (FCV) a galw am seilwaith ar gael mewn pryd ar gyfer y symiau mawr o ffibr carbon sydd eu hangen. "Cael digon o ffibr carbon yw un o'n prif bryderon." Dywedodd Himmen o NPROXX fod perfformiad y cwmni yn y flwyddyn ariannol 2020-2021 wedi dyblu ac y bydd yn parhau i ddyblu yn y flwyddyn ariannol nesaf. "Nid ydym ar ein pen ein hunain, rwy'n credu bod Hecsagon yn tyfu ar yr un gyfradd. Mae angen ffibr carbon arnom gydag ansawdd a pherfformiad penodol ar bwynt pris penodol." Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o longau Math IV yn defnyddio ffibr T700 Toray (Cryfder tynnol 4900MPa, modwlws 230MPa) neu ffibrau tebyg. "Nid yw'r ffibr yn ddigon cryf, sy'n golygu bod angen ei glwyfo ychydig mwy o weithiau, sy'n gwneud y cynhwysydd yn fwy trwchus, sy'n annerbyniol. Os nad ydych chi'n gwybod nawr o ble bydd eich ffibr yn dod y flwyddyn nesaf, efallai y bydd gennych chi wir. i roi'r gorau i gynhyrchu."
Her fawr arall i longau Math IV yw cost ffibr carbon a llongau CFRP. Mae gwneuthurwyr cychod newydd a chyflenwyr modurol Haen 1 Ffrengig, Plastic Omnium a Faurecia ill dau wedi gosod targedau i leihau cost tanciau storio hydrogen Math IV 30 y cant i 75 y cant erbyn 2030 wrth gynyddu effeithlonrwydd storio. cynnydd o fwy na 7 y cant. I'r perwyl hwn, mae technolegau newydd yn cael eu cyflwyno'n gyson, o'r dechnoleg FPP a ddefnyddir gan Cevotec yn yr Almaen i leihau amser a chost lapio CFRP ar gyfer cromenni cynwysyddion, i'r dechnoleg weindio 3D a lansiwyd gan Cygnet Texkimp yn y DU i leihau difrod ffibr, ac i'r dechnoleg canfod cynhwysydd yn y fan a'r lle a lansiwyd gan Com&Sens, arbenigwr mewn integreiddio synhwyrydd deunydd cyfansawdd, Gwlad Belg.
