Vety on ilmaston kannalta ihanteellinen polttoaine. Vety on myrkytöntä ja sitä on helppo tuottaa uusiutuvalla energialla, kuten aurinko- ja tuulienergialla. Myös vedyn polttaminen on ympäristöystävällistä, sillä sen palaessa syntyy energian ohella ainoastaan vesihöyryä. Vedyn potentiaali on lupaava, mutta samalla sen varastointi ja käsittely tuovat mukanaan haasteita, joita on tärkeää ymmärtää ja pyrkiä ratkaisemaan.
Vetyhaurastuma heikentää metallin ominaisuuksia
Vetyhaurastumalla (eng. hydrogen embrittlement) tarkoitetaan vedyn aiheuttamaa reaktiota, joka heikentää metallin ominaisuuksia. Vetyhaurastuma ei ole uusi ilmiö ja sitä on tutkittu pitkään. Sitä ilmenee prosessiteollisuudessa kaikkialla, missä ollaan vedyn kanssa tekemisissä.
Kaikissa metalleissa, jotka ovat vedyn kanssa kosketuksissa, on vetyhaurastuman riski. Vetyhaurastuma syntyy silloin, kun pieniatominen vety pääsee tunkeutumaan metallin kiderakenteeseen. Tämä puolestaan heikentää materiaalin ominaisuuksia ja aiheuttaa sitä kautta haurastumista ja säröytymistä.
“Sellaisissa vetypainelaitteissa, joiden suunnittelussa ja valmistuksessa ei ole otettu oikein huomioon vedyn haurastuttavaa vaikutusta, voi vetyhaurastumaa esiintyä jo hyvinkin nopeasti laitteen käyttöönotosta.”
”Sellaisissa vetypainelaitteissa, joiden suunnittelussa ja valmistuksessa ei ole otettu oikein huomioon vedyn haurastuttavaa vaikutusta, voi vetyhaurastumaa esiintyä jo hyvinkin nopeasti laitteen käyttöönotosta,” kertoo West Weldingin toimitusjohtaja Janne Halonen.
“Jos laitteeseen joudutaan jo muutaman vuoden päästä käyttöönotosta tekemään suuria korjauksia, se voi tarkoittaa suurta taloudellista menoerää, sillä rikkoutunutta laitetta voi olla kannattamatonta korjata,” Halonen varoittaa.
“Tavallisesti painelaitteen odotettu elinkaari on vähintään 25 vuotta, mutta hyvin valmistettu ja huollettu painelaite voi kestää yli 50 vuotta”, Halonen jatkaa. Tästä syystä vetypainelaitetta suunniteltaessa on ehdottoman tärkeää ottaa huomioon vedyn asettamat erityisvaatimukset.
Vetylaitteen suunnittelu ja valmistus poikkeaa vedyn käyttäytymisestä johtuen tavallisen painelaitteen standardinmukaisesta valmistuksesta.
Hitsausteknisen tiedon merkitys riskien minimoimisessa
West Weldingillä on pitkä kokemus ja vahvaa osaamista vaativista painelaitteista, myös vedyn varastointiin ja käsittelyyn tarkoitettujen painelaitteiden suunnittelusta ja valmistuksesta.
“Olemme valmistaneet painelaitteita monenlaisiin vaativiin olosuhteisiin ja sen myötä myös kehittäneet itse niihin soveltuvia hitsausprosesseja. Vaativissa prosesseissa oikeanlaisen hitsausmenetelmän merkitys korostuu entisestään. Vedyn kanssa tekemisissä oleville laitteille hitsauksen laatu on ehdottoman tärkeää. Hitsauksessa on noudatettava hitsauksen menelmäkokeilla todennettuja parametreja ja tämän perusteella kehitettyjä ohjeita,” Halonen muistuttaa.
“Yksinkertaistettuna “pehmeä” hitsi ja “pehmeät” materiaalit ovat vedyn haurastumisen suhteen suotuisampia,” Halonen selvittää.
“Kova hitsi lisää riskiä vedyn aiheuttamalle haurastumiselle. Siksi hitsisaumojen tulee olla pehmeitä ja virheettömiä. Tietyt hitsausprosessit, kuten jauhekaarihitsaus, ovat vedyn varastointiin ja käsittelyyn tarkoitetulle paineastioille paremmin soveltuvia kuin toiset,” Halonen täsmentää.
Vetylaitteissa standardia suurempi mitoitus kannattaa
Lujissa materiaaleissa vetyhaurastuma saattaa edetä erityisen nopeasti. Siksi laitteita suunniteltaessa ja valmistettaessa pyritään valitsemaan pehmeitä materiaaleja, jotka kestävät vedyn vaikutuksen paremmin.
“Tällaisia ovat matalalujuuksiset teräkset, esimerkiksi hiiliteräksistä P265GH tai P275NH,” Janne Halonen kertoo.
Painelaitetta valmistettaessa laitteelle tehdään aina lujuuslaskenta eli mitoitus. West Weldingillä kaikki painelaitteet suunnitellaan itse alusta saakka ja suunniteltaessa vedyn kanssa tekemisissä olevia säiliöitä ja laitteita käytetään standardimitoituksen ohella myös kokemukseen perustuvaa mitoitusta.
“Vankka kokemuksemme vaativien painelaitteiden suunnittelusta on osoittanut, että standardien mukaiset mitoitukset eivät välttämättä riitä, vaan mitoitukseen kannattaa varata hieman enemmän varmuutta,” Janne Halonen paljastaa.
“Tämä takaa sen, että vedyn aiheuttamat riskit on minimoitu myös mitoituksen osalta. Vaikka kustannukset saattavat nousta hieman, tämä lisää laitteen elinikää, kestävyyttä ja turvallisuutta ja maksaa siten itsensä takaisin,” Halonen lupaa.
Vedyn tiheys asettaa omat haasteensa sen varastoinnille
Pienen atomikoon lisäksi vedyn tiheys asettaa omat haasteensa sen varastoinnille. Vedyn tiheys on pieni, joten suurien vetymäärien varastointi pitää tehdä korkeassa paineessa . Korkeassa paineessa varastointi vaatii raskaita painelaitteita, joissa on paksut seinämät.
Toinen vaihtoehto on jäähdyttää eli nesteyttää vety. Nesteyttäminen tapahtuu äärimmäisen matalassa lämpötilassa. Vety tulee jäähdyttää -253 C asteeseen eli lähelle absoluuttista nollapistettä. Niin kylmän nesteen säilyttämiseen liittyvät omat haasteensa. Tämä vaatii erikoisosaamista ja kylmiöoloihin suunniteltuja kryogeenisiä painesäiliöitä.
“Nesteytetyn tai korkeapaineistetun vedyn varastoinnissa tulisi mielestäni kuitenkin pyrkiä vähentämään tarvetta varastoida suuria määriä vetyä pitkäaikaisesti. Lyhyempiaikainen säilytys on helpompaa ja turvallisempaa,” Janne Halonen jatkaa.
Vaikka vedyn varastointiin liittyy monia haasteita, ne on mahdollista selättää oikealla osaamisella, huolellisella suunnittelulla ja laadukkaalla valmistuksella.
“Uskomme, että oikeilla ratkaisuilla voimme hyödyntää vedyn potentiaalin tehokkaasti ja turvallisesti,” Janne Halonen toteaa.