Comment Greene Tweed peut vous aider à vous préparer pour l'hydrogène

Ceci est le deuxième article d'une série sur les défis de l'hydrogène dans le secteur de l'aviation. Lisez la partie 1

L'industrie aérospatiale rejette environ 900 millions de tonnes de dioxyde de carbone1 (CO2) dans l'atmosphère par an. Bien qu'il ne représente actuellement que 2 à 2,5 pour cent du total des émissions de CO2 libérées, on estime que le secteur de l'aviation pourrait doubler d'ici 2050. Des organisations comme l'International Civil Aviation Organization (ICAO) se sont engagées à réduire les émissions de CO2 des avions de 50 pour cent entre 2005 et 2050 ; et l'Air Transport Action Group (ATAG) s'est engagé à ce que les émissions nettes de carbone soient nulles d'ici 2050. Ces engagements ont mis une pression extrême sur les fabricants du secteur aérospatial, qui doivent trouver des moyens d'atteindre rapidement ces objectifs de décarbonisation.

Pour réduire l'impact sur le climat, l'accent a été mis sur l'utilisation de technologies propres telles que l'hydrogène vert (H2) généré à partir de sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie éolienne et solaire. Des études ayant montré que l'hydrogène peut fournir jusqu'à 3X l'énergie que le kérosène peut offrir en quantité, il semble être une solution de remplacement possible. Malheureusement, le stockage et le transport de l'hydrogène posent des problèmes environnementaux, tant au sol que dans l'avion. Les chercheurs et les ingénieurs explorent les matériaux de pointe qui peuvent soutenir la conception et l'exploitation de nouveaux avions, l'infrastructure aéroportuaire et la chaîne d'approvisionnement en carburant. Les principaux défis à relever sont les suivants :

Perméation

L'hydrogène est un gaz exceptionnellement léger et de faible densité. En raison de sa forme moléculaire simple, l'hydrogène peut pénétrer dans tous les types de matériaux polymères et de métaux, créant ainsi des problèmes de fragilisation des métaux. Lorsqu'elle est associée à des applications à haute pression ou à des cycles de pression, la perméation de l'hydrogène peut générer des problèmes de décompression rapide des gaz (DGR). En fonction des niveaux de pression et de température, Greene, Tweed recommande les joints toriques Fusion® 938 en FKM haute performance ou les joints à lèvres actionnés par ressort métallique en PTFE MSE® (Metal Spring Energized). Fusion 938 offre une résistance exceptionnelle à l'exposition à l'hydrogène.

La perméation peut également se produire à basse température. Dans ce cas, les joints toriques Fusion® 665 (FKM) ou les joints à lèvres actionnés par ressort métallique MSE® peuvent constituer une solution de choix. Pour les températures extrêmes rencontrées avec l'hydrogène liquide, Greene, Tweed évalue actuellement de nouvelles solutions d'étanchéité et de nouveaux matériaux d'isolation thermique.

Lubrification

Le faible pouvoir lubrifiant de la molécule d'hydrogène est un problème dans les équipements, tels que les vannes et les compresseurs, générant une usure excessive et des problèmes de frottement. Pour surmonter ces problèmes, Greene, Tweed propose WR® 600, un composite PFA aux propriétés uniques de fonctionnement à sec et Arlon® 3000XT, le seul PEEK réticulé disponible sur le marché.

Poids excessif

Le poids excessif a toujours été un problème majeur dans les applications aérospatiales. Toute réduction de poids se traduit immédiatement par des économies de carburant. La densité énergétique de l'hydrogène (en volume) étant environ trois fois inférieure à celle du carburéacteur, la taille des réservoirs doit être considérablement augmentée pour transporter le même volume d'énergie avec l'hydrogène qu'avec le carburéacteur. Il est donc d'autant plus important de proposer des solutions légères pour les avions à hydrogène. La solution composite thermoplastique de Greene Tweed, Xycomp®, est déjà largement utilisée dans l'industrie aérospatiale en remplacement du métal.

Les composites C/PEEK sont perméables à l'hydrogène en raison de leur structure moléculaire et de l'espace relativement important entre les molécules et les plans de graphite. De tels composites ne peuvent pas accumuler d'hydrogène comme c'est le cas pour les métaux. Considérant que la fragilisation par l'hydrogène n'est donc pas possible avec un composite polymère, l'utilisation de nos solutions Xycomp® prend encore plus de sens dans les avions à faibles émissions de carbone du futur.

L'accent étant mis au niveau mondial sur la transition vers une économie décarbonée, il devient impératif pour l'aérospatiale de trouver des moyens de réduire les émissions. Greene Tweed développe et teste en permanence de nouveaux matériaux et technologies pour concevoir et fabriquer des élastomères, des thermoplastiques et des solutions de composite thermoplastique qui améliorent l'efficacité énergétique et la conformité environnementale. Greene Tweed propose des services internes de conception, de prototypage, d'essai et de fabrication pour des solutions d'étanchéité et de roulement personnalisées. Grâce à la collaboration du client, nous pouvons développer des solutions pour chaque application unique.

 

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1 https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/FCH%20Docs/20200507_Hydrogen%20Powered%20Aviation%20report_FINAL%20web%20%28ID%208706035%29.pdf