Когато водородните технологии срещнат адитивното производство

14.08.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Как чрез иновации в адитивното производство могат да бъдат разкрити нови "зелени" възможности по цялата веригата на стойността в сферата на водородните технологии – от производство, през транспорт, до индустриална употреба?

На този въпрос са си поставили за цел да отговорят изследователи от центъра за Дигитално адитивно производство (DAP) към Рейнско-Вестфалския технически университет в Аахен (RWTH Aachen), които разработват нови приложения на 3D печата и дигиталните инструменти във водородния сектор. Иновациите са насочени към модернизиране на съществуващата инфраструктура, идентифициране и утвърждаване на несъществуващи досега приложни сценарии и ускорено внедряване на водород в енергетиката и индустрията, особено в най-трудните за декарбонизиране отрасли.

"Водородът набира популярност като един от ключовите енергоносители за успешното постигане на въглеродна неутралност на енергийно интензивните процеси и сектори. Предизвикателствата по цялата верига на стойността му обаче са сериозни – производството на водород е енергоемко, транспортът му е сложен, а ефективното му използване във високотемпературни процеси изисква преодоляване на редица екологични и технически трудности", коментират от DAP.

Учените от немския технически университет работят по широкообхватен проект, който е част от местните инициативи "Clusters4Future Hydrogen" и "SupplHyInno Rhineland". Изводите от проучванията им ще допринесат в дългосрочен план за по-устойчива, дълговечна и мащабируема водородна инфраструктура, по-широко използване на водород в промишлеността и по-екологосъобразни процеси. Проектът се финансира от ресорното федерално министерство, което подкрепя научните изследвания, технологиите и космическите разработки.

Иновативен метод за електролизьори от ново поколение

Екипът на RWTH Aachen DAP работи по усъвършенстването на новаторски адитивен метод на прахово-слоево лазерно разтопяване (Powder Bed-Based Laser Melting), който може да отвори вратите за по-мащабно производство и внедряване на електролизьори за производството на водород в световен мащаб. Чрез процеса се изработва иновативен материал с порьозни слоеве (PTLs), които стабилизират архитектурата на клетките при т. нар. PEM съоръжения за електролиза с протонно-обменна мембрана.

Върху адитивно произведените повърхности се нанасят специално корозионноустойчиви спрей покрития, които да ги защитават. Целта на изследователите е скоро да разполагат с усъвършенствани прототипи на авангардния PTL материал, за да ускорят навлизането му в масовото производство на електролизьори. Така чрез 3D печат може значително да се намали използването на критични суровини, като иридий и платина, разкриват учените.

Предизвикателствата при транспортирането

"Транспортът на водород също не е лесна задача. Като най-малката молекула в периодичната таблица, водородът прониква през обикновените стоманени тръби, като предизвиква неблагоприятно явление, известно като водородна крехкост или чупливост", разказват от екипа.

В рамките на проекта изследователите разработват решение и за този проблем – процес за ретрофит на съществуващата инфраструктура чрез образуване на вътрешно покритие посредством високоскоростно насочено/директно отлагане на енергия (HS-DED). За целта се нанася метален защитен слой върху вътрешната повърхност на тръбите, който блокира водородните молекули и удължава сервизния живот на съоръженията.

Друга иновация, по която екипът работи, са хибридни тръбни системи, изработени чрез адитивен процес от подсилена с влакна пластмаса (FRP или композитен материал) в комбинация с метално покритие. Това олекотява конструкцията и прави тръбите високоиздръжливи и устойчиви на корозия. Визията на изследователите е производството на такива тръбни елементи да става изцяло автоматизирано и да може да се реализира в необходимия мащаб директно на експлоатационната площадка – без нужда от допълнително транспортиране.

Проблемът с емисиите

От DAP предлагат и иновативен подход за намаляване на вредните емисии при използването на водород в енергийно интензивните сектори и в частност – при горивни процеси. Инженерите са разработили индустриални горелки със специален дизайн, които позволяват гъвкаво, ефективно и щадящо околната среда изгаряне на смеси от природен газ и водород. В процес на оптимизиране са различни аспекти в конструкцията на изобретението, влияещи върху стабилността на пламъка, поведението на емисиите и разпределението на топлинната енергия.

За да осигурят бързи и ефективни резултати от подобренията, немските изследователи използват дигитални двойници и прогнозна симулация, чрез които прилагат т. н. обратен дизайн и реализират дигитална тестова среда. Те планират да изработят високофункционални прототипи с отлична топлоустойчивост посредством адитивно производство – лазерно прахово синтероване на метални сплави, базирани на мед. Идеята на екипа е да създаде нов пазарен модел – модулен горивен комплект за индустриални приложения, който значително да допринесе за намаляване на емисиите на въглероден диоксид при изгаряне на водород и да насърчи по-масовото му използване в промишлеността.

Ключови думи: RWTH Aachen   DAP   адитивно производство   3D печат   водород   водороден сектор   водородни технологии   производство   транспорт  

Област: Енергетика