यूके नेशनल कम्पोजिट्स सेंटर (एनसीसी) ने एक अंतरिक्ष तरल हाइड्रोजन भंडारण टैंक प्रदर्शक विकसित किया है जो 750 मिमी लंबा, 450 मिमी व्यास का है तथा 96 लीटर से अधिक तरल हाइड्रोजन धारण कर सकता है।

टैंक को 4.0 से 5.5 मिमी की नाममात्र दीवार मोटाई के साथ डिजाइन और निर्मित किया गया है, जिससे यह 85 बार के दबाव का सामना कर सकता है। कार्बन फाइबर कम्पोजिट बॉडी का वजन केवल 8 किलोग्राम है, और आगे वजन अनुकूलन की योजना बनाई गई है। एनसीसी 300 मिमी चौड़े एमटीसी510 इपॉक्सी कार्बन फाइबर प्रीप्रेग का उपयोग करता है। एमटीसी510 एक इपॉक्सी रेजिन सिस्टम है जिसे 80 डिग्री सेल्सियस और 120 डिग्री सेल्सियस के बीच ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और क्षति सहनशीलता में सुधार करने के लिए इसे मजबूत किया गया है। बिन्डेटेक्स ने प्रीप्रेग टेप प्रदान किया, जिसे ठीक से 6.35 मिमी चौड़ाई में काटा गया और कोरिओलिस स्वचालित फाइबर प्लेसमेंट (एएफपी) उपकरण में उपयोग के लिए 22,000 मीटर सामग्री के रूप में लौटाया गया। कोरिओलिस एएफपी डिवाइस का उपयोग 6.35 मिमी प्रीप्रेग टेप को धोने योग्य मोल्ड के चारों ओर लपेटने के लिए किया गया था, जिसमें घुमावदार प्रक्रिया को हेलिकल और हूप वाइंडिंग दोनों को प्रबंधित करने के लिए विशेष सॉफ़्टवेयर द्वारा नियंत्रित किया गया था। 24 से अधिक परतों और 5.5 मिमी तक की मोटाई वाली वाइंडिंग प्रक्रिया को टैंक की विशिष्ट दबाव या भार आवश्यकताओं के अनुकूलतम बनाने के लिए समायोजित किया जा सकता है।

30 मिमी की दीवार मोटाई वाले कोर मोल्ड को दो भागों में ढाला गया और फिर एक साथ जोड़ा गया। इस उपकरण में तीन धोने योग्य आंतरिक सुदृढ़ीकरण रिंग शामिल हैं, जिन्हें स्वचालित समग्र परत प्लेसमेंट के दौरान अपेक्षित मरोड़ वाले भार और ऑटोक्लेव क्योरिंग के दौरान लगाए गए दबाव को झेलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। धातु द्रव वाल्व पोर्ट को धोने योग्य कोर मोल्ड में एकीकृत किया गया है, जिससे अंतिम उत्पाद पर द्वितीयक असेंबली और बॉन्डिंग संचालन की आवश्यकता समाप्त हो गई है। इन पोर्ट को विनिर्माण प्रक्रिया के बाद के चरणों में कार्बन कंपोजिट के साथ जोड़ा जाता है। घुमाव के बाद, टैंक में दोषों और मोटाई भिन्नताओं के लिए निरीक्षण किया जाता है, 100 डिग्री सेल्सियस पर एक ऑटोक्लेव में ठीक किया जाता है, और फिर से निरीक्षण किया जाता है। अल्ट्रासोनिक सी-स्कैन और थर्मोग्राफी का उपयोग करके पोस्ट-क्योर गैर-विनाशकारी परीक्षण (एनडीटी) की तुलना किसी भी दोष जैसे कि विघटन और छिद्रों की पहचान करने के लिए की जाती है। अंत में, आंतरिक कोर मोल्ड को दबाव वाले ठंडे पानी से धोया जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि टैंक गुहा साफ है।

नागरिक विमान में तरल हाइड्रोजन का उपयोग क्यों किया जाता है?

हाइड्रोजन का भार ऊर्जा घनत्व 33.3kWh/किलोग्राम है, जबकि केरोसिन का 12kWh/किलोग्राम है। सामान्य दबाव और तापमान पर, हाइड्रोजन का घनत्व 0.090kg/m³ होता है। 700 बार (सामान्य वायुमंडलीय दबाव से 700 गुना) पर, हाइड्रोजन का घनत्व 42kg/m³ होता है, जिससे 125L टैंक में 5kg हाइड्रोजन स्टोर किया जा सकता है। -252.87°C और 1.013 बार पर, तरल हाइड्रोजन का घनत्व 71kg/m³ के करीब होता है, जिससे 75L टैंक में 5kg हाइड्रोजन स्टोर किया जा सकता है। कम तापमान वाले टैंक में तरल हाइड्रोजन को स्टोर करने से वॉल्यूम को और कम करने में मदद मिलती है।

• सामान्य तापमान और दबाव पर 3000 लीटर गैसीय हाइड्रोजन, 1 लीटर विमानन केरोसीन के बराबर ऊर्जा प्रदान करती है।

• 700 बार पर 6 लीटर गैसीय हाइड्रोजन, 1 लीटर विमानन केरोसीन के बराबर ऊर्जा प्रदान करता है।

• -252.87°C और 1.013 बार पर 4 लीटर (1.05 गैलन) तरल हाइड्रोजन, 1 लीटर विमानन केरोसिन के बराबर ऊर्जा प्रदान करता है।

इन आंकड़ों से यह स्पष्ट है कि तरल हाइड्रोजन (-252.87°C) को संग्रहीत करने के लिए सबसे छोटे भंडारण टैंक की आवश्यकता होती है। छोटे टैंक वॉल्यूम को विमान के वायुगतिकीय आकार में एकीकृत करना आसान होता है।

निम्न-तापमान (-252.87°C) तरल हाइड्रोजन भंडारण टैंक के प्रमुख तकनीकी मुद्दे:

1. टैंक के तरल हाइड्रोजन को -253°C से नीचे बनाए रखना:वर्तमान में, आंतरिक और बाहरी टैंकों के बीच एक वैक्यूम-इन्सुलेटेड संरचना का उपयोग किया जाता है। आंतरिक टैंक कार्बन फाइबर प्रबलित राल कंपोजिट से बना है, जबकि बाहरी टैंक में विशेष इन्सुलेशन की कई परतें हैं।

2. टैंक में आंतरिक प्रणालियों की स्थापना और रखरखाव:यदि वर्तमान फाइबर वाइंडिंग प्रक्रिया का उपयोग किया जाए तो टैंक के अंदर पाइपलाइनों और सिस्टम घटकों को स्थापित करने और रखरखाव करने की चुनौती होगी।

3. टैंक और उसके आंतरिक घटकों के लिए सामग्री का चयन:टैंक और उसके आंतरिक घटकों के लिए प्रयुक्त सामग्री पर निम्न तापमान वातावरण (-252.87°C) का प्रभाव।

4. निम्न-तापमान परीक्षण तकनीक और ईंधन स्लॉश प्रबंधन प्रौद्योगिकियां।

5. बार-बार उड़ान भरना और उतरना:हाइड्रोजन टैंक को लगभग 20,000 बार उड़ान भरने और उतरने की क्षमता रखनी होगी।

विमान संरचना पर प्रभाव

विमान के पंख की संरचना में ईंधन टैंक ईंधन को संग्रहीत करने के लिए उपयोग की जाने वाली गुहाएँ हैं। A320 विंग टैंक में लगभग 20 टन विमानन केरोसिन (बोइंग 737 और कॉमैक C919 के लिए समान) संग्रहीत किया जा सकता है। केरोसिन को तरल हाइड्रोजन से बदलने पर, 94m³ बेलनाकार तरल हाइड्रोजन टैंक को केवल पीछे के धड़ में स्थापित किया जा सकता है, जिसके लिए धड़ को काफी लंबा करना पड़ता है। पिछला धड़ एक शंक्वाकार आकार का होता है जिसका अधिकतम व्यास 4 मीटर से कम होता है। 94m³ टैंक को समायोजित करने के लिए धड़ को केवल विस्तारित करना अव्यावहारिक है; इसलिए, धड़ का व्यास भी बढ़ाया जाना चाहिए।

नए A320 डिज़ाइन में, पीछे के धड़ में एक गोल और एक शंक्वाकार टैंक लगाया गया है। हालाँकि, धड़ का व्यास बढ़ाया जाएगा या नहीं, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है, हालाँकि ऐसा होने की संभावना है। यूके ने एक तरल हाइड्रोजन-संचालित नागरिक विमान डिज़ाइन का अनावरण किया है, जिसमें मौजूदा A320 को बदलने के लिए संकीर्ण-बॉडी "एफजेडएन-1E" है। यह नया डिज़ाइन धड़ को 10 मीटर तक बढ़ाता है, व्यास को 1 मीटर तक बढ़ाता है, इसमें दोहरे गलियारे वाला केबिन लेआउट, पुन: डिज़ाइन किए गए पंख, जोड़े गए हैं"फोरप्लेन"नाक पर इंजन लगे हैं, और पूंछ पर इंजन लगे हैं।

प्रगति

नागरिक विमान इंजन दो प्रकार के होते हैं: टर्बोप्रॉप इंजन और टर्बोजेट इंजन। टर्बोप्रॉप इंजन वाले विमानों के लिए, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के माध्यम से बिजली उत्पन्न करता है जो प्रोपेलर को चलाने वाले जेनरेटर को शक्ति प्रदान करता है। इस प्रकार का इंजन मुख्य रूप से 10 से 70 सीटों वाले क्षेत्रीय विमानों और छोटे सामान्य विमानन विमानों पर स्थापित किया जाता है। प्रारंभिक हाइड्रोजन-ईंधन वाले शोध इन विमान प्रकारों के साथ शुरू हुए। 12 अप्रैल को, एक जर्मन 4-सीटर "हरियाणा-4" हाइड्रोजन-इलेक्ट्रिक विमान स्टटगार्ट से फ्रेडरिकशाफेन तक सफलतापूर्वक उड़ान भरी। इस साल के अंत में, हम आसमान में 19-सीट "डॉर्नियर" और 75-सीट "Q-400" और "एटीआर72-600" हाइड्रोजन-इलेक्ट्रिक विमान देख सकते हैं।

वर्तमान में, वैश्विक स्तर पर केवल चार कंपनियाँ 100 से अधिक सीटों वाले नागरिक विमान का उत्पादन और विकास करती हैं: बोइंग, एयरबस, कॉमैक और रूस। हाल ही में एक विदेशी मीडिया रिपोर्ट के अनुसार, केवल बोइंग और एयरबस ही वास्तविक तरल हाइड्रोजन नागरिक विमान अनुप्रयोग अनुसंधान कर रहे हैं। बोइंग की परियोजना, एक दशक से अधिक समय पहले एक छोटे से विमान पर की गई थी।"डिमोना"प्रोपेलर ग्लाइडर, प्रारंभिक था। एयरबस आगे है, जिसने लिक्विड हाइड्रोजन-ईंधन वाले टर्बोफैन इंजन के उच्च-ऊंचाई वाले उड़ान परीक्षण शुरू कर दिए हैं। उन्होंने तीन प्रकार के विमानों के लिए प्रारंभिक डिजाइन भी प्रदान किए हैं: प्रोपेलर विमान, 150-सीट विमान और वाइड-बॉडी विमान। 150-सीट विमान के लिए अधिक जानकारी उपलब्ध है, जो लगभग 40 वर्षों से बाजार में मौजूद सिंगल-आइल, 150-सीट ए320 की जगह लेगा। एयरबस एक लॉन्च करने की योजना बना रहा है"नया ए320"2030 और 2035 के बीच। नए विमान में एक विशेषता होगी"भारी अड़चन"अल्ट्रा-हाई आस्पेक्ट रेशियो, फोल्डिंग, फ़्लैपिंग विंगटिप्स और फ़ेयरिंग फ्लैप्स के बिना वायुगतिकीय विन्यास। पंखों के लिए थर्मोसेट कार्बन फाइबर प्रबलित एपॉक्सी राल कंपोजिट और धड़ के लिए उच्च-प्रदर्शन थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग किया जाएगा। यह नया विमान विमानन केरोसिन के बजाय तरल हाइड्रोजन का उपयोग करेगा, जिसका डिज़ाइन और विनिर्माण लक्ष्य प्रति माह 70-100 विमान बनाना है। एयरबस तरल हाइड्रोजन-ईंधन वाले विमान विकसित करने में बोइंग से बहुत आगे है (बोइंग द्वारा 737 को तरल हाइड्रोजन से बदलने के बारे में कोई जानकारी नहीं दी गई है)।

हम क्या कर सकते हैं?

जीवाश्म ईंधन के बजाय हाइड्रोजन का उपयोग न केवल कार्बन उत्सर्जन को कम करता है, बल्कि तेल संसाधनों की कमी वाले देशों के लिए रणनीतिक महत्व भी रखता है। चीन दुनिया का सबसे बड़ा हाइड्रोजन उत्पादक है, जिसका वार्षिक उत्पादन लगभग 33 मिलियन टन है। कई कंपनियाँ तरल हाइड्रोजन उत्पादन में शामिल हैं, और चीन वैश्विक स्तर पर कार्बन फाइबर का दूसरा सबसे बड़ा उत्पादक है। इस प्रकार, मिश्रित हाइड्रोजन भंडारण टैंकों का विकास और उत्पादन एक ठोस भौतिक आधार है।

इस लेख में चर्चा किए गए विभिन्न एयरोस्पेस और विमानन तरल हाइड्रोजन भंडारण टैंक दर्शाते हैं कि भंडारण टैंक विभिन्न उत्पादों की विशिष्ट आवश्यकताओं और संरचनात्मक स्थानों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन और निर्मित किए जाते हैं। वर्तमान में, कई औद्योगिक उत्पाद अभी भी जीवाश्म ईंधन या ग्रिड बिजली का उपयोग करते हैं। ये हाइड्रोजन पावर पर स्विच करने पर विचार कर सकते हैं। हाइड्रोजन भंडारण क्षेत्र में विकसित किए जाने वाले उत्पादों की एक विशाल श्रृंखला है, और कई कार्य हमारी प्रतीक्षा कर रहे हैं।

इस लेख में इंटरनेट से लिए गए कुछ डेटा की सटीकता के लिए बार-बार जाँच की गई है। इन डेटा का उपयोग हाइड्रोजन भंडारण टैंकों के प्रारंभिक डिज़ाइन आयामों और क्षमता का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है।