Sandia National Laboratories a aidé à concevoir la première génération de stations-service pour les voitures à hydrogène afin qu'elles soient aussi sûres que les stations-service conventionnelles. Maintenant, Sandia travaille à faire de même pour la prochaine génération de stations à hydrogène.

Pour répondre à la demande croissante en hydrogène carburant, les détaillants doivent construire beaucoup plus de stations-service. Cette expansion nécessite de passer de l'hydrogène gazeux à l'hydrogène liquide car liquide, étant plus dense que le gaz, permet aux détaillants d'en stocker plus dans le même espace.

Un nouvel accord de recherche et développement coopératif avec Sandia permettra au plus grand détaillant d'hydrogène aux États-Unis à ce jour, Combustible premier élément, construire beaucoup plus de ces stations d'hydrogène liquide de pointe. Il contribuera également à moderniser les codes de sécurité de la National Fire Protection Association relatifs aux distances de sécurité de l'hydrogène liquide, qui n'ont pas été mis à jour depuis des décennies. Les codes mis à jour profiteront à leur tour aux détaillants d'hydrogène et aux pompiers dans la conception et l'autorisation de nouveaux, gares plus sûres.

En utilisant le premier logiciel conçu par Sandia, l'équipe de recherche de Sandia quantifie l'effet des fuites d'hydrogène de diverses conceptions de systèmes, et les mesures de sécurité utilisées pour détecter et protéger contre les effets des fuites.

« Nous pouvons poser ces questions « et si », comme « comment une fuite peut-elle se produire ici ? » et « comment pouvons-nous atténuer les effets ? » pour que les fuites aient moins de chance de causer des problèmes, " a expliqué Chris LaFleur, co-responsable du projet. " De cette façon, nous pouvons permettre le ravitaillement en hydrogène des véhicules à pile à combustible dans des endroits où ils n'ont jamais pu aller auparavant, comme les centres-villes animés des grands, villes densément peuplées."

Demande croissante d'hydrogène liquide

Les voitures alimentées à l'hydrogène se rechargent aussi rapidement que celles alimentées à l'essence et roulent tout aussi loin. En outre, la seule émission de leurs tuyaux d'échappement est de l'eau pure, un facteur de leur popularité croissante. L'un des plus grands obstacles à la croissance du transport à l'hydrogène est la construction d'un nombre suffisant de stations-service.

"Nous avons besoin de plus de stations et plus grandes, plus rapide, un meilleur équipement parce que nous avons plus de clients et plus de demandes que nous n'aurions jamais rêvé, " a déclaré Tim Brown, COO de First Element Fuel, la plus grande entreprise de vente au détail d'hydrogène aux États-Unis. First Element exploite actuellement 19 stations en Californie, chacun avec une seule pompe et un seul tuyau. Les stations exploitées par d'autres détaillants sont également limitées.

Même s'il n'y en a qu'environ 5, 000 voitures à pile à combustible à hydrogène sur la route aujourd'hui aux États-Unis - Toyota Motor Corp., Honda Motor Company Ltd. et Hyundai Motor Company les vendent toutes - l'approvisionnement en carburant n'est pas suffisant pour empêcher les files de conducteurs de s'accumuler dans les stations, dit Brown.

Une fois Mercedes-Benz, General Motors et d'autres commercialisent leurs modèles de piles à combustible, les besoins en carburant ne feront qu'augmenter. First Element prévoit d'ouvrir une douzaine de nouvelles stations-service à hydrogène en Californie en 2019 pour répondre à cette demande.

Actuellement, le marché de détail de l'hydrogène aux États-Unis se situe principalement en Californie en raison des politiques gouvernementales qui incitent les constructeurs automobiles à vendre dans l'État, la majeure partie des stations étant situées dans la baie de San Francisco, Los Angeles, et les régions de San Diego. D'autres États prévoient également des stations commerciales dans les prochaines années pour les voitures particulières et les véhicules lourds comme les bus et les camions.

Défi cryogénique

Les questions de sécurité « et si » sont celles auxquelles l'équipe a déjà répondu en ce qui concerne les modèles de fuites d'hydrogène gazeux. Cependant, l'hydrogène liquide comporte son propre ensemble d'avantages et de défis uniques.

D'un côté, l'hydrogène liquide peut être stocké à une pression nettement inférieure à celle du gaz, ce qui réduit le risque de fuite. Cependant, l'hydrogène liquide est aussi cryogénique, ce qui signifie qu'il doit être gardé très froid (environ négatif 423 degrés F).

« Une fois libéré, l'hydrogène liquide peut en fait geler l'air qui l'entoure, " a déclaré l'analyste des risques de Sandia Brian Ehrhart. " Cela représente un défi pour le calcul de la concentration d'hydrogène dans l'air. "

La quantité d'hydrogène et d'oxygène à l'état gazeux ou liquide est interdépendante, puisque plus on se liquéfie, plus on chauffe et vice versa. L'équipe négocie ce défi en supposant une "zone" initiale de mélange hydrogène/air qui réchauffe le mélange à un point auquel les modèles de dispersion de gaz de Sandia peuvent prédire le comportement.

Cette simplification permet à l'équipe de prédire à quelle distance de la fuite se trouve la concentration inflammable, plutôt que de se concentrer sur le mélange juste à côté de la version et d'utiliser des modèles de dynamique des fluides plus coûteux.

Les avantages abondent pour les scientifiques, détaillants et consommateurs

L'un des résultats de ce processus de modélisation est que First Element Fuel aura des des preuves scientifiques pour les aider à obtenir des permis pour les 12 stations qu'ils envisagent de construire.

"Sandia est l'étalon-or en ce qui concerne la science, " Brown a dit, "Si les résultats de Sandia montrent x, y et z, alors je crois qu'ils sont x, y et z. Il n'y a pas de doute. Je sais que c'est juste, le commissaire des incendies sait que c'est juste, et tout le monde aussi. Sandia apporte le professionnalisme, rigueur et précision que je ne pense pas pouvoir trouver ailleurs."

Sandia bénéficie également du projet, car cela permet à l'équipe de démontrer leurs modèles sur des conceptions de systèmes réelles. Par ailleurs, Sandia travaille directement avec la National Fire Protection Association, et les données de ce projet seront utilisées pour informer et mettre à jour leurs codes de sécurité pour l'hydrogène liquide.

Les nouveaux codes permettront d'évaluer les futures stations-service à partir d'une norme basée sur la performance, plutôt que prescriptif. LaFleur a partagé une analogie culinaire pour expliquer la différence entre les deux types de codes. "Un code normatif est comme une recette qui demande strictement 3 tasses de farine, 2 onces de chocolat, et 3 œufs pour faire un gâteau. Une norme basée sur la performance dit, 'faire un gâteau au chocolat de 3 pouces de haut qui a bon goût, ' et vous décidez comment vous y prendre, " elle a dit.

Les codes basés sur les performances mis à jour permettront également aux détaillants de n'importe quelle partie du pays de construire plus facilement des stations sûres, même s'ils ne peuvent pas répondre à certaines exigences précises du code. Cela encouragera à son tour la croissance au sein de l'industrie des véhicules à hydrogène.

Les travaux de modélisation de Sandia soutiennent également l'initiative H2@Scale du département américain de l'Énergie, qui se concentre sur la production à grande échelle d'hydrogène à partir de diverses ressources nationales. Le projet envisage également l'utilisation de l'hydrogène dans de multiples secteurs tels que la fabrication de l'acier, fabrication d'engrais, le raffinage et le transport du pétrole.

« Notre mission a toujours été de favoriser l'adoption de ces voitures, assurer une meilleure qualité de l'air et une meilleure sécurité énergétique, " a déclaré Brown. " C'est la partie du projet qui vivra au-delà des stations particulières que nous construisons en ce moment. "