Estudo e desenvolvimento de reservatório para armazenamento de hidrogénio

Abstract

Neste projeto, realizado no PIEP- Polo de Inovação em Engenharia de Polímeros, no âmbito de um projeto de parceria com a indústria, desenvolveu-se um depósito em material compósito para armazenamento de hidrogénio. No projeto, para além de se ter tido em consideração as dificuldades levantadas pelo acondicionamento do Hidrogénio, estudaram-se o método de produção do reservatório, as suas dimensões e os materiais a serem utilizados na sua construção. A produção do reservatório será efetuada por enrolamento filamentar sobre um liner em alumínio adquirido externamente. O alumínio foi escolhido como liner para evitar a permeabilidade do reservatório hidrogénio. No enrolamento filamentar, que é um processo usado no fabrico de peças de revolução em compósito, enrolam-se mechas de fibras contínuas impregnadas com resina em torno de um mandril rotativo. Neste trabalho optou-se por fabricar reservatórios em compósito para hidrogénio com dois tipos de parede resistente: uma em termoendurecível (epóxido) reforçado com fibras de carbono e, alternativamente, outra em termoplástico (Poliamida 12) reforçado com o mesmo tipo de fibras. No presente caso, o próprio liner em alumínio é que foi colocado entre o cabeçote fixo e o móvel da máquina de enrolamento para que pudesse ser simultaneamente usado como mandril. Durante o enrolamento, fizeram-se passar mechas contínuas de fibra de carbono sendo depositadas com as orientações desejadas sobre o mandril (liner) através do olhal para posteriormente ser feita a infusão de resina no mesmo. Alternativamente, também foi utilizada como matéria-prima uma fita termoplástica de resina de poliamida 12 (PA 12) reforçada com fibras contínuas de carbono. A utilização de um termoplástico como matriz permitirá que os reservatórios fabricados se tornem bastante mais sustentáveis por, contrariamente do que acontece com os termoendurecíveis, os termoplásticos poderem ser reprocessados e mais facilmente reciclados. Para concluir foi desenvolvido um reservatório de aproximadamente 1L de volume para armazenar Hidrogénio a 300bar de pressão. Após conclusão dos ensaios é possível observar que o material termoendurecível é o mais resistente em termos de Tração e Compressão sendo o material escolhido para o reservatório final.

In this project, carried out at the PIEP - Polymer Engineering Innovation Pole, as part of a partnership project with the industry, a pressure vessel in composite material for hydrogen storage was developed. In the project, in addition to considering the difficulties raised by the conditioning of hydrogen, the method of production of the pressure vessel, its dimensions and the materials to be used in its construction were studied. The production of the pressurized vessel will be made by filament winding on an aluminium liner acquired externally. Aluminium was chosen as the liner to avoid permeability of the hydrogen through the aluminium walls. In filament winding, which is a process used in the manufacture of composite revolved parts, slivers of continuous fibres impregnated with resin are wound around a rotating mandrel. In this case, it was decided to manufacture hydrogen composite tanks with two types of resistant wall: one in thermosetting (epoxide) reinforced with carbon fibres and, alternatively, another in thermoplastic (Polyamide 12) reinforced with the same type of fibres. In the present case, the aluminium liner itself was placed between the fixed and mobile head of the winding machine so that it could be used simultaneously as a mandrel. During winding, continuous strands of carbon fibre were deposited in the desired orientations on the mandrel (liner) through the eyelet and after that an infusion of resin was made. Alternatively, a thermoplastic tape made of polyamide 12 (PA 12) resin reinforced with continuous carbon fibres was also used as raw material. The use of a thermoplastic as a matrix will allow the manufactured reservoirs to become much more sustainable because, contrary to what happens with thermosets, thermoplastics can be reprocessed and more easily recycled. To conclude, a pressure vessel of approximately 1L volume was developed to store hydrogen at 300bar pressure. After completion of the tests, it is possible to observe that the thermosetting material is the most resistant in terms of traction and compression, being the material chosen for the final pressure vessel.