Collaboration entre Venair et Ballard pour tuyaux de piles à combustible marines

Ballard Power Systems, premier fournisseur mondial de solutions innovantes de piles à combustible à énergie propre, joue désormais un rôle clé en aidant les industries maritimes à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) sur l'eau et dans les ports grâce à l'incorporation de piles à combustible dans les navires. Ces dernières années, les réglementations relatives à la réduction des émissions de gaz à effet de serre ont incité le trafic maritime à agir et à adopter des solutions à zéro émission. Dans cette optique, Ballard aide l'industrie maritime à mettre en œuvre des systèmes de piles à combustible pour passer à des navires à émissions nulles.

Résumé du projet

Pour le développement du projet, Ballard s'est appuyé sur Venair pour garantir les meilleures solutions de transfert. Ballard avait besoin de tuyaux sur mesure qui s'adaptent à ses systèmes et qui présentent une pureté maximale afin d'obtenir le meilleur rendement.

Dans cette étude de cas, nous expliquons les solutions suivantes fournies :

Flexibles côté anode conformes aux exigences les plus strictes en matière de transfert d'hydrogène.

Tuyaux côté cathode pour une pureté maximale.

Des solutions personnalisées pour une efficacité maximale et l'optimisation du projet.

Le projet

Dans ce projet, Ballard devait fournir des systèmes de piles à combustible pour les navires. Les piles à combustible génèrent un courant continu compatible avec les architectures électriques et hybrides modernes des navires et peuvent être déployées en parallèle, dans des configurations pouvant être réparties, afin de répondre aux besoins variables des navires en matière de puissance.

La technologie

Les piles à combustible Ballard sont une source d'énergie électrique sans émission, à haut rendement, à faible entretien et évolutive, et elles devraient constituer une solution importante pour parvenir à la réduction des émissions exigée par l'industrie navale. Les piles à combustible Ballard ont déjà démontré qu'elles fonctionnaient, sans remplacement ni reconstruction de la pile, pendant plus de 30 000 heures dans des applications de transport lourd, et qu'elles étaient déployées dans des environnements difficiles, des régions désertiques aux régions les plus froides.

Le défi

La technologie des piles à combustible utilise l'énergie électrochimique au lieu de l'énergie de combustion (comme les moteurs actuels). Pour ce faire, les moteurs à pile à combustible ont besoin d'une part d'hydrogène et d'autre part d'air. Les piles à combustible fournissent de l'énergie pour alimenter n'importe quel moyen de transport, et le seul déchet est de la vapeur d'eau et un peu de chaleur. Cependant, cette technologie exige une pureté maximale pour garantir la plus grande efficacité des moteurs à pile à combustible. Plus la pureté de l'hydrogène et de l'air est faible, plus l'efficacité est faible.

Ces besoins très spécifiques impliquent des exigences techniques très strictes pour garantir la solution la plus optimisée.

Les besoins

Pour examiner les besoins en tuyaux, il convient de se poser trois questions fondamentales mais importantes :

1.   Quel produit doit être transporté ?
2.   À quelle température ? A l'intérieur et à l'extérieur ?
3.   A quelle pression le produit est-il entraîné ? Dans un premier temps, nous analysons le projet et nous validons que toutes les exigences de base ont été effectivement remplies, car nos produits standard répondent déjà à ces spécifications techniques.

Solutions

1. Produit à transporter : Piles à combustible Vena spécifiquement développées pour une perméabilité extrêmement faible pour le passage de l'hydrogène gazeux et une pureté maximale du matériau afin qu'il ne contamine pas la cellule. Vitosil : Couche intérieure en FKM pour minimiser la perméabilité et garantir un taux de volatiles le plus bas possible.

2. Résistance à la température : Les PEMFCS sont des piles à combustible à basse température, elles fonctionnent donc généralement à des températures comprises entre 40 et 1 109 degrés Celsius. Nos tuyaux résistent parfaitement à ces températures et jusqu'à 220°C.

3. Résistance à la pression : Les exigences en matière de pression ne sont généralement pas très élevées dans les PEMFC, mais même si cela s'avère nécessaire, nos produits peuvent résister à des pressions élevées en ajoutant des renforts et des tissus tressés, ainsi que des spirales en acier inoxydable ou en plastique si nécessaire.

Nous avons ensuite rencontré les ingénieurs de Ballard pour discuter des spécifications exceptionnelles permettant de répondre aux exigences de ce projet de pile à combustible personnalisé :

• Transporter l'hydrogène à l'état gazeux (gaz Critic).
• Les piles à combustible sont extrêmement peu tolérantes aux contaminants volatils.
• Se conformer aux certifications DNV-GL pour les piles à combustible à usage maritime.

Tuyaux d'hydrogène pour piles à combustible

Tuyaux pour le côté anode

Ballard a eu besoin de tuyaux spécifiques pour transporter l'hydrogène du réservoir au moteur de la pile à combustible. Ces tuyaux doivent être adaptés à l'emplacement et à la position du moteur, à l'ouverture de plusieurs tuyaux pour les entrées du moteur, à la température de fonctionnement, à la pression spécifique, au contrôle de la pression, au contrôle du produit, etc.

Pour résoudre tous ces problèmes, Venair a collaboré avec Ballard pour trouver la meilleure solution aux exigences spécifiques de cette technologie de piles à combustible.

Nous avons utilisé notre produit Vitosil pour répondre aux exigences en matière de passage de l'hydrogène :

Assurer la plus faible perméabilité

Pour la conduction de tout gaz, il faut un tuyau à très faible perméabilité afin que le gaz ne traverse pas la paroi du tuyau et ne s'échappe pas.

Dans ce cas, nous utilisons notre produit Vitosil. Nos produits Vitosil sont composés d'une couche interne en fluorocarbone (FKM). La couche interne FKM présente une grande compatibilité chimique avec les produits conduits, ainsi qu'une perméabilité extrêmement faible qui permet le passage des gaz sans perte de fuite à travers le matériau.

Il est également possible d'utiliser le matériau Vena Fuel Cells : un composite d'élastomères spécialement conçu pour être utilisé dans les piles à combustible. Fuel Cells qui permet une perméabilité plus faible que la perméabilité modérée du silicone, mais sans perdre la flexibilité supérieure et la grande pureté du silicone.

La contamination la plus faible possible

Le FKM utilisé comme matériau interne et nos tuyaux spécifiques pour les piles à combustible sont spécifiquement conçus pour expulser le moins de substances volatiles possible afin qu'elles ne contaminent pas les membranes des piles à combustible et que le reflux n'affecte pas du tout l'efficacité de la pile à combustible.

L'utilisation de matières premières de haute pureté et de qualité dans les piles à combustible Vena et Vitosil garantit une très faible teneur en substances lixiviables et l'inertie des composants dans l'environnement de la pile à combustible.

Tuyaux d'air pour piles à combustible

Tuyaux pour le côté cathode

Pour obtenir la réaction électrochimique de la pile à combustible, l'air doit pénétrer de l'autre côté de la membrane (tuyaux côté cathode).

Comme pour les tuyaux d'hydrogène, les tubes pour la conduction de l'air devaient répondre à différentes exigences spécifiques à la situation et aux caractéristiques de fonctionnement. Pour répondre à ces exigences, nous avons utilisé Sil 200/USP.

Haut niveau de propreté et de pureté

Vena® Sil 200 USP est un produit fabriqué avec une couche interne de silicone durcie au platine (conformité FDA, USP, BfR) et une couche externe de silicone VMQ associée à du polyester tressé.

La grande pureté de la couche interne permet l'entrée de l'oxygène avec un minimum de substances lessivables, de sorte que la membrane d'échange de protons de la PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) n'est pas contaminée.

Parallèlement, comme Ballard travaille avec des PEMFC, les membranes des piles à combustible doivent être régulièrement humidifiées pour maintenir de bonnes performances. D'autre part, des tuyaux sont également nécessaires pour le passage de l'eau DI pour les fonctions de refroidissement du moteur. Pour cela, un système d'alimentation en eau DI est nécessaire pour alimenter en eau le moteur à pile à combustible.

Pour l'alimentation en eau DI du PEMFCS, des tuyaux de haute pureté sont nécessaires. Nous avons donc résolu le problème avec le produit Sil 200/USP (conformité USP, FDA, BfR). Ce produit leur a fourni une solution de haute pureté qui leur a également permis de l'utiliser dans des situations de haute flexibilité et de hautes températures.

Résultats et projets

Nous pouvons conclure qu'en tant qu'entreprise, ce fut une excellente opportunité et un défi de travailler avec l'une des principales sociétés. Dans la transition vers l'énergie propre. Ballard, avec sa technologie de pointe en matière de piles à combustible, se positionne de plus en plus comme l'une des entreprises qui aura le plus d'impact sur la transition écologique mondiale. Chez Venair, nous avons déjà travaillé sur plusieurs projets Ballard et nous poursuivons une relation continue afin d'améliorer et de travailler à la résolution de leurs défis pour rendre le monde plus vert.

Aujourd'hui, nous travaillons avec les principaux acteurs de l'industrie pour participer au développement de cette nouvelle technologie. Certifier nos produits pour atteindre les normes les plus élevées et accréditer la haute qualité de nos produits. Par exemple, dans le cas des piles à combustible destinées à un usage maritime, nous sommes en cours de certification auprès de l'organisme de normalisation maritime reconnu DNV-GL.

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