STELIA AerospaceCompositesは水素貯蔵を進歩させます

CW 読者は、ARCHES TPプロジェクトでの熱可塑性複合材胴体デモンストレーターの取材と2019年のメオルト施設のツアーから、STELIA Aerospace（フランス、トゥールーズ）について知ることができます。場所、部品、プロセス。 STELIA Aerospace Composites（フランス、サローヌ）はボルドーの外にあります。このサイトには330人の従業員がおり、40,000平方メートルのワークショップと独自の統合テストラボがあります。また、航空構造、航空機キャビンコンポーネント、フィラメントワインドガス貯蔵システムの3つのコアビジネスセグメントで構成されています。後者は、酸素から窒素、水素に至るまであらゆる用途に使用でき、35年以上にわたってコアビジネスセグメントとなっています。

STELIA Aerospace Compositesは、アエロスパシアルの一部として1984年に設立されました。 1985年以来、サローヌのこの施設は、さまざまな用途向けに70,000を超える複合材のオーバーラップ（タイプII、III、およびIV）高圧タンクを製造してきました。同社の水素貯蔵に関する取り組みは、フランスの代替エネルギーおよび原子力委員会（CEA、パリ）向けの9リットル/ 700バールタンクの開発から1998年に始まりました。 STELIA Aerospace Compositesは、フランスの自動車メーカーGroupe PSA（パリ）（現在はFiat Chryslerと合併してStellantisを形成）および世界的な産業ガス会社Air Liquide（パリ、フランス）とも協力しています。また、燃料電池車システムのリーダーになることを目指している自動車のTier 1サプライヤーであるFaurecia（フランス、ナンテール）とも協力しています。

「STELIAAerospaceCompositesは、加圧ガス貯蔵分野でよく知られています」と、STELIA AerospaceCompositesの最高技術責任者であるChristopheBlois氏は述べています。 「しかし現在、さまざまなグリーン航空機の発表とゼロエミッション経済への移行がフランス政府とEU政府によってサポートされているため、ますます多くの企業から連絡があります。」

航空宇宙タンクでの経験

STELIA Aerospaceの子会社として、STELIA Aerospace Compositesの製造経験のほとんどは、航空宇宙および防衛用途の圧力容器での経験があります。 「当社には、最大5,000リットルのタンク用の工業用フィラメントワインディング容量があります」とBlois氏は言います。「そして、お客様の技術的ニーズを満たすように調整されたタンクの完全な設計を専門としています。これには、サイジング、材料のテストと選択、有限要素解析（FEA）モデリング、およびさまざまな業界標準と規制を満たすための認定キャンペーン（圧力サイクリングやバーストなど）と監視が含まれます。」

STELIA Aerospace Compositesは、18か月以内に、宇宙産業の認定基準に準拠し、完全に最適化された製造コストで、重要な衛星タンクアプリケーションの設計を完了したと彼は指摘します。 「私たちはそれを認定し、工業化し、現在4つの製造シリーズを完了している最中です。」

水素タンクの進歩

STELIA Aerospace Compositesは、2.4〜143リットル、圧力100〜700バールの水素貯蔵用の複合タンクを製造しています。 「私たちはタンク設計のリーダーであり、非常に大きなエコシステムを使用しています」とブロワは言います。

2016年11月、STELIA Aerospace Compositesは、燃料電池電気自動車（FCEV）の航続距離を改善することを目的として、水素用の新しい140リットルの炭素繊維/エポキシ複合貯蔵タンクを開発したと発表しました。これは、2021年のトヨタミライに貯蔵されている水素とほぼ同じ量です。 とホンダ明快さ 図1の表に示されているように、FCEV。ただし、明確さのみ 単一のタンクを使用します。現在生産中の他の2台のFCEV— Mirai とヒュンダイネクソ —どちらも3つのタンクを使用します。

Faureciaは、2017年5月のプレスリリースで、STELIA AerospaceCompositesから複合水素タンクに関する知的財産およびプロセスのノウハウの独占的ライセンスを取得したと発表しました。 2018年4月、パリで開催されたHyvolutionイベントで、両社は共同で最先端の水素貯蔵タンクのプロトタイプを展示しました。フォルシアは、燃料電池技術のリーダーになることを目指しており、2035年までに500万台のFCEVが稼働すると予測していると説明しました。

共著者のマイク・ファバロロ氏が2021年のSAMPEの論文「水素自動車における炭素繊維使用量の予測成長率」で説明したように、圧縮ガスタンクの主な問題は水素ガスの体積密度が低いことです。 700バールの圧力でも、圧縮ガス（CGH ₂ ）タンクは液体水素（LH ₂ ）よりも大きくする必要があります ）タンク。たとえば、5キログラムの水素ガス 5キログラムの液体を使用しながら、700バールおよび周囲温度で125リットルのタンクに保管できます。 水素は、大気圧および極低温-252.87°Cで75リットルのタンクに貯蔵できます（出典：Air Liquideによる「水素はどのように貯蔵されますか？」）。これが、航空業界がLH ₂ を検討している理由です。 航空機向けであり、自動車メーカーがCGH ₂ のスペースと重量の問題に対する解決策を模索している理由 タンク。また、さまざまな自動車メーカーやトラックメーカーが必要な車両範囲を満たすために必要な高圧と大型サイズにより、必要な炭素繊維強化複合材の量が増え、タンクのコストが増加します。

上のグラフと表を見ると、フォルシアが開発した69リットルのタンクは、現在生産されている3台の2021FCEV車よりも高い質量分率を達成しています。注： 質量分率 は、タンクシステムの質量に対する水素ガスの質量の比率であり、貯蔵効率とも呼ばれます。 Faureciaによって報告されたものよりも高いストレージ効率を備えた唯一のシステムは、凍結圧縮されたプロトタイプ（CcH ₂ ）タンク/ CGH ₂ BMWによって開発され、2012年から2015年に報告されたタンクの組み合わせ。そのシステム—現在 ではありません 生産車両で利用可能— LH ₂ 間のハイブリッドです およびCGH ₂ システム。 BMWは、低温（233°C〜-193°Cなど）だけでなく圧力（350バールなど）も使用することで、従来のLH ₂ の沸騰の問題を解消できると主張しました。 CGH ₂ よりもはるかに高い貯蔵密度を達成しながらタンク そしてLH ₂ システム。

将来のH ₂ についての議論 タンク開発

STELIA Aerospace Compositesの最高技術責任者として、Bloisは30年間会社に在籍しています。彼の会社のエア・リキードとの仕事について、そして世界的な工業用ガス会社が複合貯蔵タンクの開発に真剣に取り組むことができるかどうかについて彼に尋ねます。 「彼らは水素用の複合タンクに興味を持っており、私たちは彼らと協力してきました」と彼は言います。 「一般的に、複合材料は、車両の航続距離に必要な水素の量と、その航続距離を伸ばすために重量を減らすための推進力のために、実際にはモバイルシステムにのみ使用されます。固定アプリケーションの場合、複合材料ソリューションにはあまり関心がありませんでした。」ブロワはまた、ほとんどの固定水素貯蔵アプリケーションはより低い圧力で動作することを指摘しています。 「複合タンクは、700バールで作業する場合は意味がありますが、200バールまでの圧力で作業する場合は意味がありません。そのためには、金属製の戦車を使用できます。」

大型タンクは700バールを超える圧力を使用できますか？ 「最大1,000バールの圧力を考慮することができます」とBlois氏は言います。 「タンク内の複合壁の厚さは、使用圧力とタンクの直径に直接関係しています。現在、タンクの壁の厚さには制限があり、それを超えると複合材料の性能が低下します。」

航空に液体水素と圧縮ガス水素を使用するのはどうですか？ 「航空機には大量の水素が必要なため、圧縮ガスよりも高密度の極低温ガスの方が興味深いです」とブロワ氏は言います。 「しかし、タンク内で40°Kから80°K [-233°Cから-193°C]の温度を長時間維持することは困難です。技術的な解決策に取り組む必要があります。」

水素タンクで熱可塑性複合材料を使用する機会はありますか？ 「将来の戦車の船の構造については、今日はそうではありません」とブロワは言います。 「今日の大規模な700バールのタンクの場合、熱可塑性複合材料を使用してタンク容器での性能を達成することは効率的ではありません。ただし、熱可塑性ライナー（タイプIVタンク用）の技術は確かにタンクの性能の鍵であり、将来的には、世界的な熱可塑性タンクがリサイクル性と持続可能性を高めることができるかもしれません。」

今後5年から10年の複合水素貯蔵タンクの市場はどこにあると思いますか？ 「最初の5年間は、水素ガス貯蔵タンクの作業が続くと思いますが、まだやるべき宿題がたくさんあります」とブロワは言います。 「航空機での最初の試験が現在水素ガス貯蔵を使用して行われていることを知っているので、必要な技術を開発し、液体水素貯蔵で成熟するまでに時間がかかるでしょうが、それは数年以内に可能になるはずです。」

STELIA Aerospace Compositesは、水素貯蔵を進歩させるためにどこで働き続けますか？ 「私たちの主な焦点は航空学と宇宙です」とブロワは言います。「しかし、私たちは議論にオープンであり、ゼロエミッションへの移行を支援することに非常に責任があると感じています。また、高圧（700バール）タンクの中間連続生産の運用を開始し、すべての機会を評価し続けることができます。」