По данным Немецкого агентства по окружающей среде, в настоящее время на частные домохозяйства приходится около четверти общего потребления энергии в Германии. Добрая половина этой энергии получается из природного газа и сырой нефти.
Учитывая усиливающееся изменение климата, эта статистика отрезвляет. «Водород, полученный из возобновляемых источников энергии, имеет гораздо больший потенциал в качестве энергоносителя будущего», — говорит профессор Хольгер Зейдлитц, специалист по легким конструкциям в BTU Cottbus-Senftenberg и руководитель исследования «Полимерные материалы и композитные материалы PYCO» в Институте Фраунгофера.
Вместе со своей командой и средним предприятием он придерживается двойного подхода к будущему водорода: во-первых, он сосредоточен на источниках энергии, необходимой для производства водорода. Для этого партнеры по сотрудничеству в настоящее время разрабатывают небольшую и эффективную ветряную электростанцию. Во-вторых, команда занята поиском того, как хранить этот ценный газ. С этой целью они производят водородные баки нового типа из композитов, армированных волокном.
«Намерение состоит в том, чтобы разработать достаточно компактную ветряную турбину, чтобы позволить частным лицам иметь такую систему в своем саду», — объясняет Хольгер Зейдлитц. «Водород будет производиться на месте в небольшом электролизере и храниться в резервуаре.. Затем он может, например, управлять топливным элементом внутри дома, который одновременно производит тепло и электроэнергию. А владельцы автомобилей с водородным двигателем в будущем смогут заправлять свой автомобиль дома.
Настоящий ключ к концепции заключается в том, что вся система спроектирована так, чтобы быть маленькой, но чрезвычайно эффективной », — подчеркивает Зайдлитц. Начиная с ветряной турбины.
Специалисты по легкой конструкции разработали новый пропеллер, который приводится в движение даже при легком ветру. «Ветер здесь, в регионе Лужица, намного слабее, чем в Северной Германии», — объясняет Марчелло Амброзио, инженер-механик, курировавший проект в Fraunhofer IAP. «Мы разработали лопасти ротора. чтобы соответствовать этим ветровым условиям и уменьшить их размеры примерно на 30 процентов по сравнению с обычными небольшими ветряными турбинами ». Fraunhofer IAP недавно приобрел промышленный 3D-принтер, который может производить объекты размером около двух на два метра. Марчелло Амброзио и его коллеги уже приобрели просто использовали эту технологию для изготовления пластиковой формы для производства роторов для слабых ветров из волокнистого композита при помощи EAB Gebäudetechnik Luckau, компании, которая также специализируется на легких конструкциях.
Легкие и маневренные роторы
Армированные волокном композиты производятся путем точной вставки волоконных полос в форму с последующим их отверждением с использованием смолы или альтернативных синтетических материалов для формирования компонента. Полоски часто кладут вручную. В Fraunhofer IAP эту работу выполняет современная автоматическая машина для укладки волокон, которая точно позиционирует армирующие волокна в форме. Амбросио: «Разница между этой системой и ручным размещением заключается в меньшем количестве перекрытий, что позволяет нам значительно уменьшить размеры».
Хотя роторы разработаны для большей эффективности при слабом ветре, они также выдерживают сильный ветер. Лопасти ротора сконструированы таким образом, чтобы они прогибались во время шторма и вращались против ветра. «В результате турбина сама замедляет скорость вращения и избегает любых повреждений», — говорит Хольгер Зейдлитц. Это, в свою очередь, устраняет необходимость в сложной технологии управления и сложных механизмах. Роторы будут испытаны под открытым небом в течение следующих нескольких месяцев. Ожидается, что они продемонстрируют свое мастерство над обычными небольшими ветряными турбинами .
Бак со встроенными датчиками безопасности
Второй проект также включает технологию облегченной конструкции для производства водородного бака. Обычные резервуары с водородом для промышленного применения состоят из двух стальных резервуаров, устойчивых к давлению. Однако для использования в тысячах частных домашних хозяйств легкие резервуары из композитного углеродного волокна потребуют гораздо меньше материала, будут намного проще в обращении и будут иметь особые преимущества, особенно для мобильных приложений. При этом они должны быть в максимальной безопасности.
Поскольку водород может образовывать взрывоопасную смесь в присутствии кислорода воздуха, ему нельзя позволять улетучиваться. И здесь команда Lusatia предлагает интересное решение.
Баки изготовлены из полос углеродного волокна, намотанных на цилиндрический корпус. Пропитан синтетической смолой, затем эти полоски затвердевают, образуя резервуар, способный выдержать давление в несколько сотен бар. Эксперты также интегрируют датчики в резервуары для обнаружения утечек.
«В настоящее время мы используем 3D-принтеры, которые могут обрабатывать электропроводящие красители», — объясняет Марчелло Амброзио. «Мы наносим эти красители непосредственно на волокнистый композит». Исследователи могут интегрировать даже крошечные электронные компоненты в стенку резервуара. Эта система раннего предупреждения является одним из ключевых критериев безопасного использования конечным потребителем в будущем. Исследователи могут интегрировать даже крошечные электронные компоненты в стенку резервуара. Эта система раннего предупреждения является одним из ключевых критериев безопасного использования конечным потребителем в будущем. Исследователи могут интегрировать даже крошечные электронные компоненты в стенку резервуара. Эта система раннего предупреждения является одним из ключевых критериев безопасного использования конечным потребителем в будущем.
Хольгер Зайдлиц подчеркивает, что очень важно, что научное сотрудничество является стимулом для региона. «Lusatia находится под сильным влиянием структурных преобразований. Я, выходя из этого региона, считаю важным интегрировать малые и средние предприятия в наши исследовательские проекты для создания непрерывных цепочек создания добавленной стоимости». С ветряной турбиной и резервуаром он теперь сочетает здесь две разработки — возобновляемые источники энергии и водородную технологию, — и обе окажутся критически важными в ближайшие годы.