Wysokociśnieniowe zbiorniki do magazynowania gazu stanowią jeden z największych i najszybciej rozwijających się rynków nowoczesnych kompozytów, w szczególności kompozytów z nawijanych włókien węglowych. Chociaż są one używane np w butla do nurkowania lub w pojazdach kosmicznych, głównym rynkiem wzmocnionych włóknami zbiorników ciśnieniowych jest transport sprężonego sprężonego gazu ziemnego oraz zbiorniki paliwa w samochodach osobowych, autobusach i ciężarówkach z układami napędowymi CNG i wodoru.
Podział zbiorników ciśnieniowych
Ogólnie zbiorniki ciśnieniowe dzielą się na pięć typów:
Typ I: Konstrukcja całkowicie metalowa, głównie stalowa.
Typ II: Konstrukcja metalowa zbiornika z pewną ilością włókna w kierunku obwodowym. Konstrukcja zbiornika przeważnie stalowa lub aluminiowa ze wzmocnieniem z włókna szklanego. Zbiornik metalowy i struktura kompozytu przenoszą podobne obciążenia.
Typ III: Metalowa powłoka wewnętrzna (liner) z pełnym wzmocnieniem kompozytowym, Liner przeważnie z lekkiego metalu np. aluminium, wzmocniony kompozytem węglowym. Liner zapewnia szczelność, natomiast struktura kompozytowa przenosi obciążenia konstrukcyjne.
Typ IV: Konstrukcja całkowicie kompozytowa, liner polimerowy (zwykle polietylen o wysokiej gęstości lub HDPE) z wzmocnieniem z włókna węglowego lub rozwiązanie hybrydowe na bazie włókna węglowego i szklanego lub bazaltowego; materiały kompozytowe przenoszą wszystkie obciążenia .
Typ V: Bez linera, konstrukcja całkowicie kompozytowa.
Spośród tych czterech typów zbiorników, typ I ma zdecydowanie największy udział w rynku, wynoszący ponad 90%. Zbiorniki typu II mają około 4% udziału w rynku, następnie typu III i typu IV, a typ V zajmuje piąte miejsce. Market Watch, w swoim raporcie na temat globalnego rynku kompozytowych zbiorników ciśnieniowych, twierdzi, że wielkość rynku ma osiągnąć 1,96 miliarda dolarów do 2026 roku, z 1,45 miliarda dolarów w 2020 roku, przy skumulowanym rocznym wskaźniku wzrost 5,2% w latach 2021-2026.
Jak wiemy popyt na paliwa alternatywne rośnie, częściowo dlatego, że wydobycie gazu ziemnego z rezerw łupkowych przyczyniło się do spadku cen w Ameryce Północnej i części Europy. Ponadto ustawodawcy, nowe pokolenie nabywców samochodów i niektórzy producenci samochodów starają się odejść od paliw kopalnych ze względu na ich wpływ na globalne ocieplenie. Jednak pandemia i globalny zastój spowodowały spadek cen benzyny w 2020 roku, do zatrzymania tego trendu.
Według raportu Grandview Research, globalna sprzedaż pojazdów napędzanych gazem ziemnym (NGV) w 2020 roku wynosiła około 24,4 miliona sztuk, ze względu popytu w Azji i Europie. Do roku 2027, liczba ta ma wzrosnąć do 37,4 milionów sztuk. CAGR (Skumulowany roczny wskaźnik wzrostu) w okresie 2020-2027 prognozowany jest na 3,5%.
Przewiduje się, że zapotrzebowanie na włókna węglowe w kompozytowych zbiornikach ciśnieniowych wzrośnie z 14 950 ton metrycznych (MT) w 2020 roku do 19 500 MT w 2025 roku. Większość tego włókna trafi do zbiorników przeznaczonych do transportu gazu (5 200 MT) oraz do zbiorników w autobusach i ciężarówkach (4 875 MT).
Wzrost znaczenia wodoru
Chociaż magazynowanie i transport gazu ziemnego były głównym przeznaczeniem zbiorników ciśnieniowych ostatnio nastąpił wzrost zainteresowania zbiornikami ciśnieniowymi do magazynowania wodoru.
Kompozytowe zbiorniki ciśnieniowe typu IV stosowane do przechowywania wodoru są wykonywane poprzez nawijanie lub oplatanie włókien węglowych w osnowie żywic epoksydowych na liner z tworzywa sztucznego. Wiele firm oferuje już rozwiązania lini technologicznych pozwalających na wytwarzanie takich zbiorników.
Kompozytowe zbiorniki ciśnieniowe do przechowywania wodoru są obecnie bardzo ważne w przemyśle motoryzacyjnym i przeznaczone do pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi (FCEV), które w w reakcji elektrolitycznej łączenia wodóru z tlenem wytwarzają energii. Produktem ubocznym tego procesu jest woda, dlatego pojazdy FCEV są bezemisyjne. Technologia FCEV jest stosowana zarówno w samochodach osobowych, jak i w pojazdach użytkowych, a ich bezemisyjne użytkowanie sprawia, że są bardzo interesujące dla światowych rządów chcących spełnić wymagania klimatyczne. Global Market Insights opublikował raport we wrześniu 2020 r., w którym szacuje, że globalny rynek FCEV przekroczył wartość 1 mld USD w 2019 r. i powinien osiągnąć wartość 14 mld USD do 2026 r. W tym okresie przewiduje skumulowany roczny wskaźnik wzrostu na poziomie 38%.
Wyzwania
Wyzwaniem, jak w przypadku każdego pojazdu napędzanego paliwem innym niż benzyna, jest infrastruktura. W Stanach Zjednoczonych, istnieje tylko kilka stacji tankowania wodoru (większość z nich znajduje się w Kalifornii), a nieco więcej w Europie, Japonii i Korei Południowej.
Wytwarzanie zbiorników ciśnieniowych
O wytwarzaniu zbiorników wysokociśnieniowych możecie się również dowiedzieć z prezentacji „Kompozytowe zbiorniki wysoko-stężonego paliwa wodorowego”, wygłoszonej przez dr. hab. Wojciecha Błażejewskiego z Politechniki Wrocławskiej.
Więcej takich filmów możecie zobaczyć na kanale YouTube: kompozyty_net
