La fibre de carbone thermoplastique améliorera-t-elle la production et le traitement des bouteilles de stockage d’hydrogène à l’avenir ?
L’énergie hydrogène est largement reconnue comme l’une des sources d’énergie les plus respectueuses de l’environnement. La recherche sur l’hydrogène remonte à plus de cent ans et son application en tant que source d’énergie propre est étudiée depuis plusieurs décennies. En raison de l'inflammabilité et de l'explosivité de l'hydrogène, ses scénarios d'utilisation présentent des exigences élevées en matière de température et de pression. Par conséquent, des recherches et des expériences plus approfondies sont nécessaires pour permettre une utilisation plus pratique de l’énergie hydrogène. Les bouteilles de stockage d’hydrogène constituent actuellement une méthode relativement efficace pour appliquer l’énergie hydrogène ; ils peuvent stocker de l’hydrogène gazeux à haute pression et sont utilisés dans des véhicules tels que les voitures. Au fil des décennies, les bouteilles de stockage d'hydrogène ont évolué du type I au type V, passant de matériaux entièrement métalliques à des matériaux composites entièrement enroulés sans revêtement intérieur.
Les avantages en termes de performances des bouteilles de stockage d'hydrogène en fibre de carbone sont significatifs et elles peuvent être utilisées simultanément avec les fibres d'aramide.
Récemment, l'Institut indien d'ingénierie aérospatiale a publié les résultats d'une recherche comparant et analysant le comportement structurel des bouteilles de stockage d'hydrogène haute pression de type IV fabriquées à partir de fibre de verre S, de fibre de carbone de qualité T700- et de fibres renforcées de fibres d'aramide. composites sous une pression de service de 70 MPa.
Les résultats ont montré que la déformation de la bouteille en fibre de verre S de type IV était de 10,873 mm, la déformation de la bouteille en fibre de carbone de qualité T700-de type IV était de 1{{1{{12. }}}},176 mm, et la déformation de la bouteille en Kevlar Type IV était de 1,0845 mm. Les déformations élastiques pour les trois matériaux étaient respectivement de 0,26812, 0,25658 et 0,073177. De plus, la contrainte principale maximale pour la bouteille en fibre de verre S de type IV était de 1 105,9 MPa, la contrainte pour la bouteille en fibre de carbone de type IV était de 1 168,2 MPa et la contrainte pour la bouteille en Kevlar de type IV était de 1 389,4 MPa. L'étude a souligné que dans des plages acceptables de contraintes et de déformations, les fibres d'aramide constituent des matériaux appropriés pour les récipients sous pression à hydrogène.
En résumé, dans l'application de bouteilles de stockage d'hydrogène en matériau composite, les composites en fibre de carbone offrent une plus grande rigidité, tandis que les composites en fibre d'aramide offrent une meilleure ténacité. Bien entendu, ces deux types de composites ne s’excluent pas mutuellement ; au contraire, grâce à une conception et une combinaison raisonnables, leurs avantages respectifs peuvent être exploités. Cette approche permet d'équilibrer la rigidité et la ténacité dans les applications de bouteilles de stockage d'hydrogène en fibre de carbone, garantissant ainsi les performances mécaniques tout en améliorant la sécurité.
Les bouteilles de stockage d'hydrogène en fibre de carbone peuvent-elles inverser la baisse de la valeur de « l'or noir » ?
La fibre de carbone est connue sous le nom d'« or noir », ce qui reflète sa grande valeur et, en conséquence, les prix du marché sont restés élevés. Cependant, les statistiques des deux dernières années indiquent que « l’or noir » se déprécie. Les professionnels des secteurs connexes ou de la fibre de carbone devraient comprendre les raisons de cette tendance. La capacité de production de fibres de carbone bas de gamme a augmenté, tandis que la demande des industries en aval a atteint sa saturation. La conséquence d’une offre excédentaire est une baisse rapide des prix du marché de la fibre de carbone. Bien entendu, l’augmentation de la capacité de production de fibres de carbone et de composites de milieu à haut de gamme n’a pas été significative et les prix du marché n’ont pas beaucoup changé.
Les données montrent qu'en 2022, la taille du marché mondial de la fibre de carbone a atteint 4,386 milliards de dollars, soit une augmentation d'une année sur l'autre de 29,0 %. La demande mondiale de fibre de carbone était de 135 000 tonnes, soit une croissance de 14,4 % par rapport aux 118 000 tonnes en 2021. Poussé par la politique du « double carbone », le marché des récipients sous pression a connu une croissance rapide, avec une demande mondiale d'appareils sous pression atteignant 14 800 tonnes en 2022, soit une augmentation de 34,5 % par rapport à l'année précédente, représentant 11,0 % du marché segmenté. On s'attend à ce que d'ici 2030, la demande mondiale d'appareils sous pression dépasse 80 000 tonnes, ce qui indique une forte tendance à la croissance.
En 2022, la Chine a utilisé environ 6 000 tonnes de fibre de carbone pour les bouteilles de gaz, dont près de la moitié pour les bouteilles de stockage d'hydrogène. À l’avenir, le point de croissance de la fibre de carbone dans les récipients sous pression émergera probablement du marché des bouteilles de stockage d’hydrogène. Avec la forte pression du gouvernement en faveur du développement des piles à combustible et des véhicules à hydrogène, il existe un immense potentiel dans le secteur des bouteilles de stockage d'hydrogène, conduisant à une demande accélérée de fibre de carbone dans ce domaine. Les données indiquent qu'à la fin de 2022, le nombre de véhicules à pile à combustible à hydrogène en Chine était d'environ 12 300, avec un objectif d'atteindre 50 000 d'ici 2025, ce qui correspond à un taux de croissance annuel composé de près de 60 %. Si la demande de fibre de carbone pour les bouteilles de stockage d’hydrogène augmente à 50 % d’ici 2025, la demande de fibre de carbone pourrait atteindre 12 700 tonnes.
Dans les années à venir, le potentiel des bouteilles de stockage d’hydrogène en fibre de carbone est énorme. La capacité de production ciblée de fibres de carbone bas de gamme atténue non seulement la baisse de la valeur de « l'or noir », mais favorise également le développement rapide de l'industrie de l'énergie hydrogène, créant ainsi une véritable situation gagnant-gagnant.
La fibre de carbone thermoplastique améliorera-t-elle la production et le traitement des bouteilles de stockage d’hydrogène à l’avenir ?
La libération de capacités de production de fibres de carbone bas de gamme devrait aider à résoudre les défis auxquels est confrontée l'industrie nationale de la fibre de carbone, mais ce n'est pas une solution à long terme. Une amélioration plus complète de la technologie de la fibre de carbone, en maîtrisant spécifiquement les capacités de production de masse des fibres de carbone de milieu et haut de gamme, est essentielle pour acquérir un avantage concurrentiel sur le marché mondial de la fibre de carbone. La fibre de carbone thermoplastique pourrait être la prochaine direction importante pour le développement de l’industrie de la fibre de carbone. Alors, les composites thermoplastiques en fibre de carbone joueront-ils un rôle promoteur dans l’utilisation de l’énergie hydrogène ?
Avantages des composites thermoplastiques en fibre de carbone :
1. Rapport résistance/poids élevé: La fibre de carbone est réputée pour son rapport résistance/poids élevé. La combinaison de la fibre de carbone avec une matrice thermoplastique renforce cet avantage, rendant les composites thermoplastiques en fibre de carbone attrayants pour les applications dans les industries aérospatiale et automobile où des matériaux légers et une résistance élevée sont essentiels.
2. Stabilité chimique: Les résines thermoplastiques présentent généralement une meilleure résistance chimique que les résines thermodurcissables, ce qui rend les composites thermoplastiques en fibre de carbone adaptés aux applications nécessitant un contact avec des produits chimiques agressifs, tels que ceux de l'industrie de transformation chimique.
3. Résistance aux chocs améliorée: Par rapport aux résines thermodurcissables, les résines thermoplastiques ont souvent une meilleure résistance aux chocs et une meilleure ténacité, ce qui rend les composites thermoplastiques en fibre de carbone idéaux pour les applications nécessitant d'excellentes performances aux chocs.
4. Fabrication rapide: La vitesse de traitement des composites thermoplastiques en fibre de carbone est plus rapide que celle des composites thermodurcissables en fibre de carbone en raison de temps de durcissement plus courts. Cette caractéristique profite aux industries qui exigent des cycles de production rapides et un débit élevé.
5. Soudabilité: Les composites thermoplastiques en fibre de carbone peuvent être assemblés à l'aide de diverses techniques de soudage, telles que le soudage par ultrasons ou le soudage par induction. Cette capacité facilite le processus d'assemblage et permet la production de structures complexes.
6.Réparabilité: Les composites thermoplastiques en fibre de carbone sont généralement plus faciles à réparer que les composites thermodurcissables en fibre de carbone. Ils peuvent être chauffés, remodelés ou rapiécés, permettant des réparations sur site sans compromettre les performances globales du matériau.
7. Retraitabilité: Les composites thermoplastiques en fibre de carbone peuvent être fondus et reformés plusieurs fois sans dégrader significativement leurs propriétés mécaniques. Contrairement aux composites thermodurcissables en fibre de carbone, qui subissent des réactions de durcissement irréversibles, cette possibilité de retraitement rend les composites thermoplastiques plus respectueux de l'environnement et économiquement viables.
8.Recyclabilité: Les composites thermoplastiques en fibre de carbone peuvent être recyclés à la fin de leur cycle de vie, réduisant ainsi l'impact environnemental et contribuant à une utilisation durable.
