Hava kirliliğine yol açan fosil yakıtlı araç emisyonları, hidrojen yakıtlı, hibrit ve tam elektrikli araç kullanımı ile azalacak böylece küresel ısınmanın önlenmesine ciddi bir katkı sunacaktır. Hidrojen yakıtlı araçlarda hidrojenin yüksek basınçta depolanması gerekmektedir, bu da mekanik olarak güçlü, kolayca kırılmayan depolama tanklarının kullanımını gerektirir. Ruben Weerts yazmış olduğu doktora tezinde kontrollü darbelere maruz kaldıklarında hidrojen tanklarının nasıl hasar gördüğünü araştırmıştır.
Hidrojen enerjisini yakıt olarak kullanan araçlara güç veren elektrik enerjisi yakıt hücrelerinden üretilir. Bu yakıt hücrelerinde su, elektroliz ile hidrojen ve oksijenlerine ayrıştırılıp hidrojen depolanır. Ardından depolanan hidrojen yakıt pilleri yardımıyla elektrik enerjisi elde edilir. Bu tepkime sonucunda su buharı ve atık termal ısı da açığa çıkmaktadır. Gerekli oksijen havadan alınır ve üretilen hidrojen araçtaki hidrojen tanklarında depolanır.
Bu tanklarda hidrojen, normal bir LPG (sıvılaştırılmış petrol gazı) tankının basıncından daha yüksek olan 700 BAR’a kadar yüksek bir basınç altında depolanmaktadır. Hidrojen tankları bu yüksek iç basınca dayanacak kadar güçlü ve aynı zamanda hafif olmalıdır. Gerekli şartları sağlaması için kompozit bir malzemeden, karbon fiber takviyeli polimerden yapılırlar. Hidrojen araçlarının güvenliğini sağlamak amacıyla, tankların araçlarda kullanım için onaylanmadan önce çok sayıda gerekliliği ve testi karşılaması gerekir. Bir araç kazası sırasında bir hidrojen tankına ne olduğunu anlamak hayati önem taşımaktadır. Doktora çalışmasının bir parçası olarak BMW sponsorluğunda, BMW ve TU/e tarafından denetlenen araştırmacı Ruben Weerts, bir tankın bir darbeye maruz kaldığında ne zaman ve ne şekilde hasar gördüğünü belirlemeye yardımcı olan deneysel testler gerçekleştirmiştir. Weerts: “Darbeden sonra tanklar, çarpmanın neden olduğu hasarın görselleştirilmesini sağlayan CT (bilgisayarlı tomografi) taramaları kullanılarak incelendi.” dedi1.
Bir çarpışma, kalan gücün ani bir şekilde azalmasına yol açtığı için ek bir güvenlik endişesi oluşturur. Patlama testleri, gelen enerji ile artık patlama basıncı arasında bir ilişki kurmak için çok çeşitli kalınlıklarda (5-30 mm) ve darbe enerjilerinde (6-11000 J) 200 BAR basınçlı kap üzerindeki geniş bir dizi darbe özetlenmiş, basınçsız ve basınçlı kaplara çarpma etkisinin karşılaştırılması yapılmıştır. Basınçsız silindirler için, boşaltmadan sonra kalıcı küresel bir deformasyon modeli bulunmuştur. Öte yandan, basınçlı silindirlerde hasar, çarpma yerinin hemen altında bulunur. Boş silindirlerin, 700 BAR iç basınca sahip silindirlere kıyasla (%60’a karşı %80) gelen enerjinin daha büyük bir kısmını emdiği sonucuna varılmıştır2.
Darbe testlerinden sonra aynı tanklar, tankın yapısal bütünlüğü bozulana kadar tanktaki iç basıncın kademeli olarak arttırıldığı patlama testlerine tabi tutulmuştur. Weerts: “Hasarlı bir tankın patladığı iç basıncı, hasar görmemiş, yeni bir tankın patladığı maksimum basınçla karşılaştırdık. Tipik olarak, darbe tankın gücünü azalttı ve patlama basıncı önemli ölçüde düştü.” dedi. Bu deneysel gözlemler daha sonra, bir tankın bir darbe nedeniyle hasar görüp görmediğini ve hangi şekilde hasar gördüğünü tahmin etmek için kullanılabilecek simülasyon modelleri geliştirmek için kullanıldı.
Weerts: “Model, çarpışma sırasında tankların mekanik tepkisini oldukça iyi tahmin ediyor. Bu tür modeller, malzeme maliyetlerini ve tanklar üzerinde gelecekteki deneysel araştırmaların kapsamını azaltmaya yardımcı olurken aynı zamanda aracın Ar-Ge sürecine yardımcı olabilir. Bununla birlikte bu modeller hidrojen tanklarının güvenli entegrasyonunu daha da geliştirmek için kullanılabilir.” dedi.
Kaynaklar