Los investigadores del NREL han logrado este avance, de gran importancia para las industrias del transporte pesado y los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV), utilizando las capacidades más avanzadas que ofrece el NREL en su Instalación de Integración de Sistemas de Energía.
Durante más de una década, el NREL ha apoyado la investigación de vanguardia sobre las prácticas de abastecimiento de hidrógeno para los FCEVs ligeros. Sin embargo, los camiones y la maquinaria de alta definición son un objetivo de una escala totalmente diferente. "Diseñar y construir estos sistemas, los primeros de su clase, es un logro técnico importante", ha declarado el director del proyecto, Shaun Onorato. "Esta investigación es fundamental para caracterizar el abastecimiento de hidrógeno en alta definición y abre la puerta a nuevos protocolos que den forma al futuro del transporte descarbonizado".
Mucho menos tiempo de repostaje y más carga
El proyecto IHS aborda los retos de la investigación y las lagunas tecnológicas en el desarrollo de sistemas de abastecimiento de hidrógeno de alto caudal, entre los que se encuentran determinados semirremolques y las aplicaciones marítimas, ferroviarias y mineras.
El proyecto está financiado, en parte, por la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible del DOE y tiene como objetivo final competir con los tiempos de repostaje convencionales de los vehículos diésel (unos 10 minutos), lo que se traduce en un ambicioso flujo de masa de gas hidrógeno de 10 kg/min de media (20 kg/min de pico) basado en un potencial de almacenamiento máximo a bordo del vehículo de 100 kg de h2. Esta tasa es aproximadamente 10 veces la tasa de flujo de masa media que se utiliza actualmente para los FCEVs ligeros.
El pasado 26 de abril, el equipo de IHS superó este objetivo, demostrando un caudal de masa medio de 14 kg/min (21 kg/min de pico) con un llenado de 40,3 kg en un banco de 8 tanques de almacenamiento de hidrógeno -similares a los utilizados por los vehículos HD- en 2,87 minutos. Desde el Laboratorio afirman que "este hito intermedio allanará el camino para que el proyecto alcance el hito final de completar un llenado de 60-80 kg en menos de 10 minutos".
Nueva hidrogenera
En cuanto al diseño de la nueva hidrogenera, los investigadores recurrieron primero al modelo de simulación de llenado de hidrógeno (H2FillS) del NREL. H2FillS es un modelo termodinámico rápido, flexible y gratuito que simula el suministro de hidrógeno desde una estación de hidrógeno hasta un FCEV ligero.
En 2021, el equiipo investigador ya logró mejoras sustanciales en el modelo H2FillS para adaptarlo a los requisitos de la EH y al proyecto IHS. La última versión optimizó la velocidad de cálculo del modelo para que ahora sea entre 20 y 40 veces más rápido que la versión anterior y añadió la optimización del parámetro de la tasa de rampa de presión. Además, H2FillS explora actualmente el proceso completo de abastecimiento de hidrógeno para calcular la tasa de abastecimiento óptima para los vehículos de alta gama.
Distribución de la temperatura
Otro de los aspectos en que han centrado su atención ha sido la distribución de la temperatura en el interior de los tanques de almacenamiento de hidrógeno de los vehículos, ya que esto es imprescindible para el desarrollo de nuevos protocolos de repostaje. En concreto, los investigadores llevaron a cabo una modelización dinámica de fluidos computacional en 3D utilizando el superordenador Eagle del NREL, y así localizar posibles puntos calientes y optimizar las características de la mezcla.
A lo largo del proyecto, el equipo completó numerosos llenados totales y parciales con modelos de dinámica de fluidos computacional para explorar aspectos como el efecto del tamaño del tanque, el diámetro del inyector y su ángulo en la mezcla de gases. A continuación, equilibraron estos resultados con las pruebas experimentales para validar continuamente su proceso y seguir mejorando el H2FillS para aplicaciones de alta definición.
