В настоящее время на частные домохозяйства приходится около четверти общего потребления энергии в Германии, половина этой энергии получается из природного газа и нефти. «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.
Вместе со своей командой он придерживается двойного подхода к будущему водорода: во-первых, он сосредоточен на источниках энергии, необходимой для производства водорода. Для этого партнеры в настоящее время разрабатывают небольшую и эффективную ветряную электростанцию. Во-вторых, команда занята поиском того, как хранить произведенный водород. С этой целью они создают водородные баки нового типа из композитов, армированных волокном.
«Необходимо разработать достаточно компактную ветряную турбину, чтобы позволить частным лицам иметь такую систему в своем домохозяйстве», — 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. Концепция заключается в том, что вся система спроектирована так, чтобы быть маленькой, но чрезвычайно эффективной», — подчеркивает Зайдлитц.
Специалисты по легкой конструкции разработали новый пропеллер, который приводится в движение даже при слабом ветре. «Ветер, в регионе Лужица, намного слабее, чем в Северной Германии», — объясняет Марчелло Амброзио, инженер-механик. «Мы разработали лопасти ротора. чтобы соответствовать этим ветровым условиям и уменьшить их размеры примерно на 30 % по сравнению с обычными небольшими ветряными турбинами».
Армированные волокном композиты производятся путем точной вставки волоконных полос в форму с последующим их отвердеванием с использованием смолы или альтернативных синтетических материалов для формирования компонента. В Fraunhofer IAP эту работу выполняет современная автоматическая машина для укладки волокон, которая точно позиционирует армирующие волокна в форме.
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.
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 частных домашних хозяйствах легкие резервуары из композитного углеродного волокна потребуют гораздо меньше материала. При этом они должны быть в максимальной безопасности.
Поскольку водород может образовывать взрывоопасную смесь в присутствии кислорода, ему нельзя позволять улетучиваться.
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.
