13.10.2023
Ricercatori sviluppano sistema di monitoraggio strutturale del serbatoio dell’idrogenoL'idrogeno è spesso percepito come una luce guida nella metamorfosi dei settori dell’energia e della mobilità verso un futuro più sostenibile. Ma, essendo un gas altamente esplosivo, la sua manipolazione e utilizzo richiedono misure di sicurezza severamente rigorose. I veicoli moderni a celle a combustibile, ad esempio, trasportano l'idrogeno in forma gassosa all'interno di serbatoi pressurizzati, che devono assicurare massima sicurezza anche in condizioni operative estreme. È imperativo effettuare una manutenzione sistematica dei sistemi di stoccaggio ad alta pressione per prevenire incidenti pericolosi. La prassi corrente prevede un'ispezione visiva dei serbatoi ogni due anni, una metodologia che tuttavia non consente di identificare danni interni. Proprio qui interviene il progetto di ricerca HyMon, dove gli studiosi dell’Istituto Fraunhofer per la Durabilità Strutturale e l'Affidabilità del Sistema LBF e vari partner, mirano a creare un sistema sensoriale per il monitoraggio strutturale in tempo reale dei serbatoi pressurizzati H2, per assicurare un'alta sicurezza nei veicoli a idrogeno. Attualmente, l'idrogeno è conservato sotto pressione fino a 700 bar in serbatoi di materiali compositi rinforzati con fibre (FRC), preferiti ai serbatoi metallici per il minor peso. Prima del loro primo uso, per ragioni di sicurezza, questi serbatoi subiscono test approfonditi per assicurare un funzionamento sicuro lungo tutto il loro ciclo di vita e affrontare stress derivanti da rifornimento, prelievo di idrogeno e potenziali incidenti. L'alternativa all'ispezione visiva sta nel monitoraggio costante del serbatoio, una pratica conosciuta come monitoraggio della salute strutturale (SHM). Nel quadro di HyMon, gli scienziati, con la collaborazione dei partner, stanno creando un sistema intelligente per il monitoraggio costante delle condizioni dei serbatoi di idrogeno. Grazie a sensori e tecnologie di valutazione elettronica, il sistema fornirà dati cruciali per la manutenzione e le riparazioni. Ad esempio, la tecnologia fornirà informazioni essenziali ai periti del TÜV tedesco, permettendo loro di fare valutazioni oggettive post-incidente circa la riutilizzabilità dei serbatoi. Il focus della ricerca è sui sensori di emissioni acustiche. Una singola fibra di carbonio spezzata nel serbatoio pressurizzato genera un'onda sonora che può essere rilevata dai sensori, consentendo di quantificare il numero di fibre rotte. Johannes Käsgen, scienziato del Fraunhofer LBF, spiega che i segnali di misura, processati dall’elettronica di valutazione, forniscono informazioni sull'integrità del serbatoio. Se il tasso di rottura delle fibre aumenta improvvisamente, è un segno che il serbatoio è giunto al termine della sua vita operativa. I sensori di deformazione a fibra ottica, integrati nei serbatoi, offrono un ulteriore livello di monitoraggio. Queste fibre di vetro, munite di sensori a reticolo di Bragg in fibra, sono avvolte nello strato FRC del serbatoio durante la produzione, o applicate posteriormente, e forniscono un monitoraggio automatizzato delle deformazioni nel serbatoio dell’idrogeno, utilizzando i dati per verificare i modelli di calcolo dei serbatoi a pressione e ottenere informazioni sull’evoluzione delle proprietà del materiale nel tempo. Il processo di prova inizia producendo vari tipi di danni nei provini di serbatoi presso il Fraunhofer LBF, e registrando i segnali di danno con i sensori. In seguito, la funzionalità dei sensori e la capacità degli algoritmi di classificare correttamente i meccanismi di danno vengono valutate. Infine, il sistema sensoriale completo viene testato su serbatoi reali e validato attraverso crash test virtuali e reali. L'obiettivo finale dei partner del progetto è sviluppare un sistema standardizzato di monitoraggio della condizione dei serbatoi per il futuro.