Voertuigemissies dragen aanzienlijk bij aan de opwarming van de aarde, hoewel de afgelopen jaren technologieën zoals hybride en volledig elektrische voertuigen zijn geïntroduceerd om de voertuigemissies te verminderen. Voertuigen op waterstof bieden ook het potentieel om schadelijke emissies te verminderen. In deze voertuigen moet waterstof onder hoge druk worden opgeslagen, waarvoor opslagtanks nodig zijn die mechanisch sterk zijn en niet gemakkelijk scheuren tijdens een crash. doctoraat kandidaat Ruben Weerts onderzocht hoe waterstoftanks beschadigd raken bij gecontroleerde botsingen. Weerts verdedigde zijn Ph.D. scriptie bij de faculteit Werktuigbouwkunde op 9 september.

Het probleem met waterstoftanks

Moderne waterstofvoertuigen gebruiken brandstofcellen om elektriciteit te produceren die vervolgens wordt gebruikt om het voertuig aan te drijven. Deze brandstofcellen zetten waterstof en zuurstof om in elektriciteit, met als bijproducten waterdamp en afvalwarmte. De benodigde zuurstof wordt uit de lucht gehaald en de waterstof wordt opgeslagen in waterstoftanks in het voertuig.

In deze tanks wordt waterstof opgeslagen onder een hoge druk tot 700 bar, wat veel hoger is dan een conventionele LPG (liquefied petroleum gas) tank. Waterstoftanks moeten sterk zijn om deze hoge interne druk te weerstaan ​​en tegelijkertijd licht van gewicht zijn. Als gevolg hiervan zijn ze gemaakt van een composietmateriaal, koolstofvezelversterkt polymeer om precies te zijn. Om de veiligheid van waterstofvoertuigen te garanderen, moeten de tanks aan een groot aantal vereisten en tests voldoen voordat ze worden goedgekeurd voor gebruik in voertuigen.

Waterstoftanks testen

Om de veiligheid van waterstofvoertuigen verder te verbeteren, is het essentieel om te begrijpen wat er met een waterstoftank gebeurt tijdens een voertuigongeval. Als onderdeel van zijn Ph.D. onderzoek, gefinancierd door BMW en begeleid door BMW en TU/e, voerde Ruben Weerts experimentele tests uit om te bepalen wanneer en op welke manier een tank beschadigd raakt bij een botsing.

"Na de impact zijn de tanks vervolgens bestudeerd met CT-scans (computertomografie), die een visualisatie gaven van de schade die door de impact was veroorzaakt", zegt Weerts.

Na de impacttests werden dezelfde tanks onderworpen aan zogenaamde burst-tests waarbij de interne druk in de tank geleidelijk werd verhoogd totdat de structurele integriteit van de tank faalde. "We hebben de interne druk waarbij een beschadigde tank barst vergeleken met de maximale druk waarbij een onbeschadigde, nieuwe tank barst", zegt Weerts. "Normaal gesproken verminderde de impact de sterkte van de tank en daalde de barstdruk aanzienlijk."

Naar simulaties

Met deze experimentele waarnemingen zijn vervolgens simulatiemodellen ontwikkeld waarmee kan worden voorspeld of en op welke manier een tank beschadigd raakt door een botsing.

"Het model voorspelt de mechanische respons van tanks tijdens impact vrij goed", merkt Weerts op. "Dergelijke modellen kunnen helpen de materiaalkosten en de omvang van toekomstig experimenteel onderzoek aan tanks te verminderen, terwijl ze tegelijkertijd helpen bij het ontwerp- en ontwikkelingsproces van het voertuig. En natuurlijk kunnen deze modellen worden gebruikt om de veilige integratie van waterstoftanks verder te verbeteren in voertuigen."