04.01.2023
Gli scienziati della Pusan National University chiariscono i flussi di calore nei serbatoi di idrogeno liquidoL'idrogeno è ampiamente considerato come il carburante del futuro. Tuttavia, ci sono ancora sfide e limiti di sicurezza per migliorare l'efficienza di stoccaggio del combustibile idrogeno liquefatto quando si tratta del suo trasporto e stoccaggio commerciale su larga scala. Ora, i ricercatori della Corea del Sud hanno studiato sperimentalmente e numericamente i flussi di calore e i cambiamenti di fase all'interno di un serbatoio di carburante criogenico utilizzando simulazioni di flusso termico multifase, per rivelare intuizioni chiave per il loro design sicuro ed efficiente. Le crescenti preoccupazioni sui cambiamenti climatici hanno sottolineato la necessità di passare dai combustibili fossili a fonti energetiche alternative. Di questi, l'idrogeno è considerato il più promettente per l'industria dei trasporti. Attualmente, l'idrogeno viene trasportato come gas ad alta pressione in serbatoi specializzati. Ma questa tecnica è sia inefficiente che pone seri problemi di sicurezza. Per affrontare questa sfida, i ricercatori guardano sempre più all'uso dell'idrogeno liquefatto. Il combustibile a idrogeno liquefatto può essere trasportato solo in serbatoi criogenici (criotank), che mantengono temperature inferiori a -253⁰C, il punto di ebollizione dell'idrogeno. Nonostante l'isolamento termico, il carburante liquefatto in un serbatoio criogenico subisce un certo grado di vaporizzazione. La portata di vaporizzazione è misurata come "Boil-Off Gas (BOG)". Un BOG troppo alto può provocare un'eccessiva pressione interna all'interno del serbatoio, causando crepe e fessure. Ciò rende la comprensione e il controllo del BOG un fattore chiave nella progettazione di criotank. A tal fine, un gruppo di ricerca, guidato dal professor Jong-Chun Park della Pusan National University in Corea del Sud, ha studiato come il BOG varia con un altro parametro critico di progettazione chiamato rapporto di riempimento del serbatoio (FR), il rapporto tra la massa di carburante liquefatto in il serbatoio alla capacità del serbatoio a 15⁰C. Il Prof. Park, ha detto: "Nel nostro studio, abbiamo eseguito esperimenti, oltre a simulazioni, per analizzare le caratteristiche termodinamiche del serbatoio". Lo studio è stato reso disponibile online il 24 giugno 2022 e pubblicato nel volume 255 della rivista Energy il 15 settembre 2022. Dai loro esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che BOG aumenta in modo quadratico con FR. Hanno anche scoperto che mentre la temperatura all'interno della fase liquida rimaneva costante, la temperatura della fase vapore diminuiva in modo non lineare con FR. I ricercatori hanno quindi eseguito simulazioni di flusso termico multifase del serbatoio utilizzando la fluidodinamica computazionale. Ciò ha permesso loro di visualizzare facilmente i trasferimenti di calore, i flussi termici e la vaporizzazione all'interno del serbatoio isolato sotto vuoto. “Abbiamo adottato il modello di cambiamento di fase di Rohosenow per le simulazioni, che ci ha permesso di riprodurre il processo di vaporizzazione all'interno del serbatoio. Dalle nostre simulazioni, siamo finalmente riusciti a rivelare il meccanismo del BOG come risultato della vaporizzazione», spiega il Prof. Park. I ricercatori hanno convalidato le loro simulazioni utilizzando i dati degli esperimenti condotti attraverso una collaborazione con Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME). La tecnica di simulazione termica multifase qui utilizzata potrebbe accelerare la progettazione di serbatoi criogenici commerciali sicuri ed efficienti per l'idrogeno liquefatto. Le applicazioni di questa ricerca sono ad ampio raggio, dalle automobili e dall'aerospaziale alle centrali elettriche offshore, rendendola così un passo avanti fondamentale per la realizzazione di una società centrata sull'idrogeno.