Кафедра Digital Additive Production (DAP) при RWTH Aachen разрабатывает новые решения для водородной экономики
С помощью аддитивных технологий создаются инновационные системы для электролизёров, трубопроводов и промышленных горелок. Цель — масштабируемое и устойчивое энергетическое будущее. Кафедра DAP совместно с партнёрами из промышленности и научных институтов работает над комплексными решениями для водородной цепочки добавленной стоимости.
В центре внимания — разработка масштабируемых архитектур ячеек для электролизёров, водородостойкой трубопроводной инфраструктуры и промышленных систем горения. Основная задача — создать устойчивые и экономически жизнеспособные технологии, которые позволят применять водород в самых разных областях и тем самым существенно продвинуть энергетический переход.
Аддитивные архитектуры ячеек для эффективного электролиза
Один из приоритетных направлений исследований — так называемые пористые транспортные структуры (PTL), применяемые в PEM-электролизёрах. Эти PTL обеспечивают транспорт водорода, проводят электрические заряды и стабилизируют архитектуру ячейки. С применением лазерного плавления порошка (PBF-LB/M) и аэрозольно-джетных покрытий DAP разрабатывает геометрии PTL, которые при одновременном снижении расхода критических материалов, таких как иридий и платина, обещают высокую производительность.
Задача состоит в том, чтобы быстро вывести эти структуры из прототипной стадии в серийное производство и таким образом устойчиво сократить затраты на производство водорода.
Водородостойкая трубопроводная инфраструктура с использованием HS-DED
Транспорт водорода предъявляет особые требования к трубопроводам: молекула водорода проникает через классические стальные трубы и вызывает охрупчивание материалов. Для модернизации существующих сетей DAP применяет метод High-Speed Directed Energy Deposition (HS-DED), наносящий металлическое защитное покрытие на внутреннюю поверхность труб.
Совместно с Институтом текстильных технологий (ITA) разрабатываются гибридные трубы из волокноусилённых полимеров с металлическим покрытием. Такие трубы лёгкие, коррозионностойкие и механически прочные — это основа масштабируемой водородной инфраструктуры будущего.
Промышленные горелочные системы для водорода
DAP также создаёт концепции для применения водорода в энергоёмких отраслях промышленности. В фокусе — горелки, способные работать с смесями природного газа и водорода. С помощью цифровых двойников и предиктивного моделирования исследователи оптимизируют стабильность пламени, эмиссии и распределение тепла.
Аддитивные технологии здесь также играют ключевую роль: в рамках rapid-prototyping производятся высокотемпературно-совместимые компоненты горелок, что открывает дорогу их широкому промышленному применению.
Аддитивное производство как катализатор водородной экономики
По словам исследователей, водородная экономика не возникнет за счёт отдельных решений, а требует жизнеспособной комплексной системы — от молекулы до конечного применения. Аддитивные технологии, считает DAP, являются центральным фактором ускорения: они сокращают циклы разработки, позволяют создавать новые конструктивные решения и уменьшают расход материалов.
Описанные разработки являются частью инициатив Clusters4Future Hydrogen и SupplHyInno Rheinland и финансируются Федеральным министерством образования и исследований.
Дополнительные заметки о деятельности RWTH Aachen в области аддитивного производства
Учёные RWTH Aachen также исследуют LPBF-3D-печать биоразлагаемых имплантов из цинково-магниевых сплавов. Университет внедряет платформу для безопасной передачи данных в аддитивном производстве ProCloud3D. На кампусе устанавливаются 3D-принтеры от промышленного партнёра Stratasys для поддержки обучения студентов аддитивным технологиям.
Кроме того, открыт новая лаборатория по изучению аддитивного производства для промышленности.
(Далее следуют материалы, посвящённые практике и обзорам в сообществе аддитивного производства: приглашение к публикациям проектов и руководств, тесты лазерных гравёров и обзор популярных моделей 3D-принтеров и шаблонов для печати, а также подборки бесплатных 3D-моделей для разных применений.)