Venair-Ballard-Zusammenarbeit für Marine-Brennstoffzellenschläuche

Ballard Power Systems, der weltweit führende Anbieter innovativer Brennstoffzellenlösungen für saubere Energie, spielt jetzt eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung der Schifffahrtsindustrie bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen auf dem Wasser und in Häfen durch den Einbau von Brennstoffzellen in Schiffen. In den letzten Jahren haben die Vorschriften zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen den Schiffsverkehr zum Handeln und zur Umstellung auf Null-Emissionslösungen aufgefordert. Zu diesem Zweck unterstützt Ballard die Schifffahrtsindustrie bei der Implementierung von Brennstoffzellensystemen, um den Übergang zu emissionsfreien Schiffen zu ermöglichen.

Zusammenfassung

Bei der Entwicklung des Projekts verließ sich Ballard auf Venair, um die besten Transferlösungen zu gewährleisten. Ballard benötigte maßgeschneiderte Schläuche, die sich an ihre Systeme anpassen und maximale Reinheit bieten, um die höchste Effizienz zu erreichen.

In dieser Fallstudie erläutern wir die folgenden angebotenen Lösungen:

Anodenseitige Schläuche, die die anspruchsvollsten Anforderungen an den Wasserstofftransfer erfüllen.

Kathodenseitige Schläuche, die die höchste Reinheit bieten.

Kundenspezifische Lösungen für maximale Effizienz und Projektoptimierung.

Das Projekt

Bei diesem Projekt musste Ballard Brennstoffzellensysteme für Schiffe liefern. Brennstoffzellen erzeugen Gleichstrom, der mit modernen elektrischen und hybriden Schiffsarchitekturen kompatibel ist, und können in parallelen, abschaltbaren Konfigurationen eingesetzt werden, um den variablen Energiebedarf von Schiffen zu decken.

Die Technologie

Ballard-Brennstoffzellen sind eine emissionsfreie, hocheffiziente, wartungsarme und skalierbare Stromquelle, und es wird erwartet, dass sie eine wichtige Lösung zur Erreichung der von der Schifffahrtsindustrie geforderten Emissionsreduzierung sein werden. Ballard-Brennstoffzellen haben bereits bewiesen, dass sie ohne Austausch oder Umbau des Stapels mehr als 30.000 Stunden in Hochleistungs-Transitanwendungen funktionieren und in schwierigen Umgebungen von der Wüste bis zu den kältesten Regionen eingesetzt werden.

Die Herausforderung

Die Brennstoffzellentechnologie nutzt elektrochemische Energie anstelle von Verbrennungsenergie (wie dies bei aktuellen Motoren der Fall ist). Dazu benötigen Brennstoffzellenmotoren zum einen Wasserstoff und zum anderen Luft. Die Brennstoffzellen liefern Energie für jedes Verkehrsmittel, und der einzige Abfall ist Wasserdampf und etwas Wärme. Allerdings erfordert diese Technologie maximale Reinheit, um die höchste Effizienz in den Brennstoffzellenmotoren zu gewährleisten. Je geringer die Reinheit des Wasserstoffs und der Luft, desto geringer ist der Wirkungsgrad.

Diese sehr spezifischen Bedürfnisse setzen sehr hohe technische Anforderungen voraus, um die bestmögliche Lösung zu gewährleisten.

Die Anforderungen

Um den Bedarf an Schläuchen zu ermitteln, sind drei grundlegende, aber wichtige Fragen zu stellen:

1.  Welches Produkt soll transportiert werden?
2. Bei welcher Temperatur? Intern und extern?
3. Mit welchem Druck wird das Produkt angetrieben? In der ersten Phase analysieren wir das Projekt und prüfen, ob alle grundlegenden Anforderungen tatsächlich erfüllt sind, da unsere Standardprodukte diese technischen Spezifikationen bereits erfüllen.

Lösungen

1. Zu förderndes Produkt: Vena-Brennstoffzellen, die speziell für eine extrem niedrige Permeabilität für den Durchgang von Wasserstoffgas und eine maximale Reinheit des Materials entwickelt wurden, damit es die Zelle nicht verunreinigt. Vitosil: FKM-Innenschicht zur Minimierung der Durchlässigkeit und zur Gewährleistung der geringstmöglichen flüchtigen Bestandteile.

2. Temperaturbeständigkeit: PEMFCS sind Niedertemperatur-Brennstoffzellen, d.h. sie arbeiten in der Regel bei Temperaturen zwischen 40C und 1 109C. Unsere Schläuche sind für diese Temperaturen und für Temperaturen bis zu 220 °C bestens geeignet.

3. Druckbeständigkeit: Die Druckanforderungen sind bei PEMFCs in der Regel nicht sehr hoch, aber selbst wenn dies erforderlich sein sollte, können unsere Produkte durch Hinzufügen von Verstärkungen und geflochtenen Geweben sowie Edelstahl- oder Kunststoffspiralen, falls erforderlich, einem sehr hohen Druck standhalten.

Dann trafen wir uns mit den Ballard-Ingenieuren, um die außergewöhnlichen Spezifikationen für dieses kundenspezifische Brennstoffzellenprojekt zu besprechen:

• Förderung von Wasserstoff in gasförmigem Zustand (kritisches Gas).
• Die Brennstoffzellen sind extrem unempfindlich gegenüber flüchtigen Verunreinigungen.
• Erfüllen Sie die DNV-GL-Zertifizierungen für Brennstoffzellen für den Einsatz auf See.

Wasserstoffschläuche für Brennstoffzellen

Schläuche für die Anodenseite

Ballard benötigte spezielle Schläuche für den Transport des Wasserstoffs vom Brennstofftank zum Brennstoffzellenmotor. Diese Schläuche müssen an den Standort und die Position des Motors, die Öffnung in den Mehrfachschläuchen für die Motoreinlässe, die Betriebstemperatur, den spezifischen Druck, die Druckkontrolle und die Produktkontrolle angepasst werden.

Um all diese Aspekte zu lösen, arbeitete Venair mit Ballard zusammen, um die beste Lösung für die spezifischen Anforderungen dieser Brennstoffzellentechnologie zu finden.

Wir setzten unser Vitosil Produkt ein, um die Anforderungen an die Wasserstoffpassage zu erfüllen, die erforderlich ist, um den Wasserstoff in seinem gasförmigen Zustand zu leiten:

Sicherstellung der geringsten Permeabilität

Für die Leitung jedes Gases wird ein Schlauch mit extrem geringer Permeabilität benötigt, damit das Gas nicht durch die Schlauchwand dringt und entweicht.

In diesem Fall verwenden wir unser Produkt Vitosil. Unsere Vitosil-Produkte bestehen aus einer Innenschicht aus Fluorkohlenstoff (FKM). Die FKM-Innenschicht weist eine hohe chemische Kompatibilität mit den geleiteten Produkten sowie eine extrem niedrige Permeabilität auf, die den Durchgang von Gasen ohne Leckverlust durch das Material ermöglicht.

Alternativ kann auch das Material Vena Fuel Cells verwendet werden: ein Elastomerverbundstoff, der speziell für die Verwendung in Brennstoffzellen entwickelt wurde. Brennstoffzellen, das eine geringere Permeabilität als die mäßige Permeabilität von Silikon ermöglicht, ohne jedoch die höhere Flexibilität und hohe Reinheit von Silikon zu verlieren.

Die geringstmögliche Kontamination

Sowohl das FKM, das als Innenmaterial verwendet wird, als auch unsere speziellen Schläuche für Brennstoffzellen sind so konzipiert, dass sie so wenig flüchtige Stoffe wie möglich ausstoßen, so dass sie die Brennstoffzellenmembranen nicht verunreinigen und die Effizienz der Brennstoffzelle in keiner Weise beeinträchtigen.

Die Verwendung von Rohstoffen hoher Reinheit und Qualität in Vena Fuel Cells und Vitosil gewährleistet einen äußerst geringen Gehalt an auslaugbaren Stoffen und die Inertheit der Komponenten in der Umgebung der Brennstoffzelle.

Luftschläuche für Brennstoffzellen

Schläuche für die Kathodenseite

Um die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle zu erreichen, muss Luft von der anderen Seite der Membran zugeführt werden (kathodenseitige Schläuche).

Wie bei den Wasserstoffschläuchen mussten auch die Schläuche für die Luftzufuhr je nach Situation und Betriebscharakteristik unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, haben wir Sil 200/USP verwendet.

Hoher Grad an Sauberkeit und Reinheit

Vena® Sil 200 USP ist ein Produkt, das mit einer Innenschicht aus platinvernetztem Silikon (FDA-, USP- und BfR-konform) und einer Außenschicht aus VMQ-Silikon zusammen mit geflochtenem Polyester hergestellt wird.

Die hohe Reinheit der inneren Schicht ermöglicht den Eintritt von Sauerstoff mit einem Minimum an auslaugbaren Stoffen, so dass die Protonenaustauschmembran der PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) nicht kontaminiert wird.

Da Ballard mit PEMFC arbeitet, müssen die Brennstoffzellenmembranen regelmäßig befeuchtet werden, um eine gute Leistung zu erhalten. Andererseits werden auch Schläuche für den Durchfluss von DI-Wasser für die Kühlfunktionen des Motors benötigt. Dazu wurde ein DI-Wasser-Zufuhrsystem benötigt, um den Brennstoffzellenmotor mit Wasser zu versorgen.

Für die Versorgung des PEMFCS mit DI-Wasser sind hochreine Schläuche erforderlich. Wir haben das Problem mit dem Produkt Sil 200/USP (USP-, FDA- und BfR-konform) gelöst. Mit diesem Produkt erhielten sie eine hochreine Lösung, die auch in Situationen mit hoher Flexibilität und hohen Temperaturen eingesetzt werden kann.

Ergebnisse und Pläne

Wir können abschließend feststellen, dass es für uns als Unternehmen eine hervorragende Gelegenheit und Herausforderung war, mit einem der führenden Unternehmen zusammenzuarbeiten. Beim Übergang zu sauberer Energie. Ballard positioniert sich mit seiner bahnbrechenden Brennstoffzellentechnologie zunehmend als eines der Unternehmen, die den größten Einfluss auf den globalen ökologischen Wandel haben werden. Wir von Venair haben bereits an mehreren Ballard-Projekten mitgearbeitet und setzen unsere kontinuierliche Zusammenarbeit fort, um ihre Herausforderungen zu verbessern und zu lösen, damit die Welt grüner wird.

Heute arbeiten wir mit den wichtigsten Akteuren der Branche zusammen, um an der Entwicklung dieser neuen Technologie teilzuhaben. Wir zertifizieren unsere Produkte, um die höchsten Standards zu erreichen und die hohe Qualität unserer Produkte zu bestätigen. In diesem Fall der Brennstoffzellen für den maritimen Einsatz sind wir beispielsweise im Prozess der Zertifizierung durch das anerkannte Marine-Standardisierungsgremium DNV-GL.

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