設計工具針對給定的一組參數進行低溫氫儲罐設計，并通過三種儲罐設計選項進行了進一步論證。

航空航天和 H2 儲罐中的氫氣

國家復合材料中心（NCC，Bristol，英國）創建了一個概念設計工具，可根據客戶的具體要求優化氫氣低溫罐的設計。該工具由 NCC 工程師開發了 12 個多月，圍繞著氫質量、蒸發率和休眠等關鍵參數工 作，休眠是指如果飛機整夜靜止，從油箱加油到需要排出氣體壓力的時間。

新的設計工具使 NCC 能夠快速輕松地為給定的一組參數提供最高效的儲罐設計。特別是，它將幫助制造商確定正確的設計，進入詳細設計階段，從而降低希望為新的氫經濟構建復合材料能力的企業的進入門檻。

作為航空航天技術研究所（ATI）FlyZero 計劃的一部分，NCC 團隊成功地試用了該概念設計工具，該計劃旨在到 2030 年實現商業航空的零碳排放。該團隊使用該工具為支線、窄體和中型飛機開發了三種低溫儲罐設計方案，評估了熱、靜態、形狀和體積需求。據報道，與金屬基線相比，所有概念都顯著減輕了儲罐的內層和外層的重量。

航空航天技術研究所技術、結構、制造和材料主管 Alex Hickson 表示：“作為中遠程飛行零排放飛機未來燃料系統的一部分，設計工具對于低溫儲氫罐的發展至關重要。”。“所有尋求為可持續航空行業開發成熟設計和系統的人都可以獲得這些能力的開發，這標志著英國向前邁出了寶貴的一步。NCC 和更廣泛的 HVM Catapult 是不斷增長的英國網絡的一部分，該網絡建立了有利于環境的氫氣能力，同時為英國供應鏈在未來創造了機會到 2050 年實現凈零排放的低碳經濟。”

復合低溫氫氣的發展

國家復合材料中心（NCC）的職責是與會員和客戶密切合作，解決難題。隨著公司認識到氫氣和實現凈零目標的重要性，NCC 一直在與客戶獨立合作， “建立測試和設計低溫系統用復合材料的專業知識”改善微裂紋性能和理解簾布層設計的重要性（減少簾布層厚度和相鄰簾布層角度）是 NCC 處理這一主題的一些方法。氫技術負責人 Marcus Wall Bruck 和氫技術首席研究工程師 Matt Kay 表示，NCC 正在開發一種 “在低溫下進行測試的獨特方法，該方法專注于微裂紋的形成，而無需使用耗時且昂貴的循環測試。這種類型的測試可以簡化材料選擇，并為建模提供信息，這樣設計就可以在不引發微裂紋泄漏的情況下受到適當的應力。”

材料選擇和表征的解決方案已經在進行中。

相鄰的發展包括 NCC 在 JEC World 2023 上宣布其基于英國的復合低溫儲罐測試計劃，該計劃將“從儲存液氫（LH2）的無襯碳纖維儲罐開始，驗證和加速設計、制造和測試能力”。

雖然氫有可能降低商業航空的碳足跡，但存在重大的工程挑戰。其中最主要的是燃料儲存問題——氫氣的體積密度比傳統航空燃料低，因此必須以液體形式保持在-253°C，并且不能占用飛機內太多空間。儲罐必須能夠承受壓力和飛行載荷，但質量損失最小，并且能夠適應有限的、有時形狀笨拙的內部容積。根據 NCC 的說法，復合材料在未來可以提供一種有競爭力的解決方案——NCC 正在與合作伙伴一起推進這項工作計劃，以使技術成熟。

該概念設計工具構成了 NCC 氫能工作計劃的一部分，該計劃建立在兩年的研發和提高復合材料氫壓力容器和低溫罐供應鏈能力的獨特愿景的基礎上，以在英國進行制造。該計劃的下一步正在進行中，以英國為基地的復合材料低溫儲罐測試計劃將驗證和加速設計、制造和測試能力，從用于儲存 LH2 的無襯碳纖維儲罐開始。該團隊還致力于材料表征，對復合材料在低溫下的行為有了真正的了解。

氫技術主管 Marcus Wall Bruck 補充道：“我們開發的概念設計工具為希望加速其復合低溫儲罐能力的制造商提供了巨大的價值和優勢。”。“我們匯集了 NCC 的集體工程專業知識，構建了一個靈活而嚴格的設計工具，最終讓客戶有信心更快地選擇概念。”

作為 NCC 與行業合作創新計劃的一部分，可以使用氫能概念設計工具，該團隊正在積極尋找合作伙伴，以建立強大的英國供應鏈。

注：原文見《 NCC creates concept design tool for composite H2 cryogenic tanks 》2023.5.3.

30 升單件式和分體式儲罐結構在保持完全完整性的同時經歷了各種壓力和測試循環。端凸臺設計測試正在進行中。

復合材料低溫儲罐

國家復合材料中心（英國布里斯托爾）宣布，該中心已成功測試了其設計和制造的一系列液態氫復合材料低溫儲罐（LH2）。作為英國設計、建造和測試的首批復合低溫儲氫罐之一，這是該公司發展該領域專業知識的一部分，以支持英國向氫經濟轉型。

該結果建立在之前關于 NCC 復合低溫儲罐測試計劃和概念工具的公告之上。復合材料設計專業知識對于實現長壽命低溫儲罐至關重要，以克服復合材料配方的一些潛在限制。商用氫燃料飛機需要儲罐盡可能輕，多次加注和排空（高循環），并能使用幾十年。

由菲爾頓系統工程公司（FSE，Bristol）進行的儲罐測試項目使用了 LH2 真空測試箱和低溫測試儀器。在整個測試過程中，對儲罐性能進行了密切監測，以將性能與模型進行比較，儲罐成功地保持了完整性。

使用 LH2 對兩個儲罐進行了測試，一個是單件結構，另一個是分體設計，以評估大型儲罐設計和制造的可行性。這些儲罐的容量為 30 升，設計壓力為 8 巴，并在 NCC 現場使用自動鋪絲機（AFP）制造。這些儲罐僅由一個外殼組成，用于容納 LH2，并安裝在 FSE 測試設施的真空室內，以提供絕緣。

一體式罐經歷了 10 次熱循環，即清空并重新填充LH2，最高壓力為 1 巴，然后進行一次最高壓力為7巴的壓力循環。兩件式儲罐在 LH2（-253°C）溫度下從 0-7 巴經歷了 10 次壓力循環。這些結果使模型得以驗證，并計劃在 FSE 進行進一步的循環，以測試使用相同復合材料儲罐的替代端凸臺設計。

NCC 氫氣技術負責人 Marcus Walls-Bruck 表示：“我們的研究結果和開發的新方法將使英國能夠快速進步，建立對低溫儲罐設計和制造挑戰的基本理解。” “這是朝著英國發展未來氫動力飛機設計和制造能力的目標邁出的重要一步。”

NCC 還在為壓力容器和管道開發最先進的氫氣運輸和儲存制造和測試設施，這將鞏固其設計、測試和制造能力。由于壓力測試系統已經到位，到 2023 年底，該設施將安裝一臺長絲纏繞機和熱塑性管道纏繞機。

注：原文見《 NCC composite cryogenic tanks successfully tested with LH2 》 2023.10.13

Hexagon Composites 和 Hexagon Purus 之間將進一步開發和擴大潛在破壞性的液體（可再生）天然氣和液氫技術。

低溫避難所低溫儲罐技術

4 月 21 日，Hexagon Composites（挪威 Ålesund）簽署了一項協議，收購 Cryohoter GmbH 40%的股份。Cryohote GmbH 是一家總部位于奧地利多布爾的公司，專門開發液體（可再生）天然氣（LNG）和液氫（LH2）的低溫儲罐技術。

Hexagon 集團提供壓縮天然氣（CNG），包括可再生天然氣（RNG）、壓縮氫氣和電池電力系統，作為其清潔燃料解決方案組合的一部分。液化天然氣和 LH2 的儲存將為其現有產品增加一個新的維度，補充其投資組合，并分別為 Hexagon Agility（美國加利福尼亞州科斯塔梅薩）和 Hexagon Purus（Ålesund）釋放新的機會。Hexagon Composites 首席執行官 Jon Erik Engeset 表示：“與市場上現有的技術替代品相比，低溫避難所具 有潛在的顛覆性技術，具有競爭優勢。我們的目標是幫 助這項技術的商業化和工業化。” “Cryohotel 技術的 加入擴大了我們的產品組合，包括領先的液化氣解決方案。這將進一步加強我們推動重型運輸行業脫碳的努力，支持歐洲和其他關鍵地區確保能源獨立，并鞏固我們作 為清潔能源解決方案全球領導者的地位。”

Hexagon Composites ASA 將進行 250 萬歐元的初始投資，收購 Cryohotert 40%的液化天然氣業務，并可在未來三到十年內購買剩余權益。Hexagon 表示，它將與 Cryohote 合作，在未來幾年進一步開發這項技術并擴大業務規模。

Hexagon Purus ASA（由 Hexagon Composites 持有 73.3%的股份）將進行 350 萬歐元的初始投資，收購 Cryohotel LH2 業務 40%的股份，并可在未來 5 至 10 年內購買剩余權益。Hexagon Purus 報告稱，它將在未來幾年與 Cryohote 一起進一步發展技術和業務。

Cryohotert 的液化天然氣和 LH2 業務的分離承認了市場和產品開發的不同階段。Hexagon Composites 指出，液化天然氣移動解決方案已經有了一個成熟的市場， Cryohoter 的技術已經處于商業化前階段，而 LH2 儲存 的市場和產品處于開發的早期階段，商業化的時間更長。在歐洲立法的支持下，預計可再生天然氣以及電池電力和燃料電池電力技術將在歐洲商業運輸部門脫碳的努力中發揮關鍵作用。

注：原文見《 Hexagon Composites acquires 40% stake in cryogenic tank technology company 》 2022.4.25

楊超凡 2023.11.15

本文經譯者同意發布

注意兩個指標：

到 2030 年實現商業航空的零碳排放。

到 2050 年實現凈零排放的低碳經濟。