Investigación sobre las características de permeación y rendimiento a largo plazo-del transporte de hidrógeno a través de tuberías de polietileno

El hidrógeno, como importante vector energético, está desempeñando un papel cada vez más importante en la promoción de la transición a la energía verde. Puede producirse utilizando el excedente de electricidad procedente de fuentes de energía renovables y sirve como componente central de la estrategia energética "Power-to-X". Puede transportarse a través de las redes de tuberías de polímeros existentes. Sin embargo, convertir los ductos de gas natural en aplicaciones de transporte de hidrógeno requiere una evaluación sistemática de sus impactos a corto-y largo-plazo en los ductos de polímeros, especialmente los problemas relacionados con la permeación del hidrógeno y la pérdida de gas.
Estudios anteriores han demostrado que el impacto a corto-plazo del hidrógeno en las tuberías de polietileno es relativamente limitado, pero sus efectos a largo-plazo - especialmente en la vida útil de las tuberías - no se han investigado completamente. Este estudio se centra en evaluar el cambio en la vida útil de una tubería PE100-RC después de haber estado expuesta a 8,9 bar de hidrógeno durante dos años. A través de la prueba cíclica de la barra de crack, se encontró que la curva de falla CRB solo mostró un ligero cambio de pendiente. También ocurrieron fenómenos similares en otra prueba de tubería PE100-RC que estuvo expuesta a una presión de agua de 10 bares durante 1000 horas. Los cambios observados en la prueba CRB y el rendimiento anti-propagación lenta de grietas pueden deberse a los cambios de morfología del material causados ​​por la presión y no están relacionados con la exposición al hidrógeno en sí. Por lo tanto, se puede concluir que la exposición al hidrógeno no ha tenido un impacto sustancial en el rendimiento contra la propagación lenta de grietas ni en la vida útil de las tuberías de polietileno.
Al ser la molécula de gas más pequeña, la permeabilidad del gas hidrógeno en las tuberías de PE es aproximadamente cuatro veces mayor que la pérdida de gas en comparación con el gas natural. En los polímeros semi-cristalinos, la permeabilidad del gas en la fase cristalina es mucho menor que en la fase amorfa. Para explorar la relación entre la morfología del polietileno y su permeabilidad, el equipo de investigación analizó siete tipos de tuberías de PE producidas utilizando diferentes parámetros del proceso de moldeo por inyección. La diferencia en la cristalinidad medida por espectroscopia infrarroja llegó al 25%, pero el coeficiente de permeabilidad solo cambió en un 13%, lo que indica que la influencia de la cristalinidad en la permeación del gas hidrógeno es relativamente limitada. Una comprensión más profunda de esta relación ayudará a optimizar el rendimiento anti-de permeación de las tuberías de PE en el futuro y proporcionará una base teórica para el impacto de los cambios en la morfología del material en el comportamiento de permeación durante el uso a largo plazo-.