Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The investigations of 42CrMo4 low alloy steel and austenitic stainless steel 316L explosively cladded with titanium as the materials for salt caverns components for hydrogen storage

Urszula Wojtach

Abstract

Protection of the environment and climate is demanding scientific, social and economical task. In today’s world, growth of environmental awareness and gradual depletion of non-renewable fuels compels developed countries to look for alternative energy sources. One promising alternative to fossil fuels is hydrogen. Use of this gas allows to minimize the effects of pollutions in water, air and soil. Hydrogen technology is environmentally friendly. High efficiency and almost unlimited sources are the main reasons of significant competitiveness of hydrogen technology in relation to non-renewable fossil fuels. The main problem of replacing current fuels by hydrogen is its storage and distribution. Currently, a few methods of hydrogen storage are known. The costs involved in maintenance and implementation of different storage systems tend to looking for new solutions. One of the possibilities is to use underground salt caverns. Many countries, including Poland, have started investigations about the efficiency of hydrogen storage obtained from surplus energy from renewable sources. It is assumed that the surplus of electric power from wind power plant can be used for producing hydrogen during electrolysis process. Stored in salt cavern gas may be directly used to the implemented processes in refineries. Another solution is the use hydrogen as a fuel in gas turbines. Hydrogen strongly interacts with the most of materials. High chemical reactivity and small size of the gas molecule induce degradation of the microstructure and mechanical properties of structural steels. Mechanism of these interaction is still not precisely understood. Design and manufacture of new materials with improved mechanical properties and corrosion resistance is not always associated with their stability in a hydrogen atmosphere. Using the corrosion resistance clad materials has economic justification in the context of materials for design in salt caverns used for hydrogen storage in. Clad plates are made of high-strength steel plates with a thinner layer of materials, which offer resistance to various corrosive environments. In this work, the results of investigations of microstructure and mechanical properties of potential materials for design in salt cavern used for hydrogen storage, have been described. It may be helpful in the development of effective methods of preventing the hydrogen degradation, as well as facilitate the choice of material for design in salt caverns used for hydrogen storage in. This work is connected with the project GEKON-HESTOR, funded by the National Centre for Research and Development and the National Fund for Environmental Protection and Water Management.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Urszula Wojtach (FMSE) Urszula Wojtach,, Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Title in Polish
Badanie właściwości stali 42CrMo4 i stali austenitycznej 316L platerowanej tytanem pod kątem zastosowania na elementy oprzyrządowania kawern solnych do magazynowania wodoru
Supervisor
Jarosław Mizera (FMSE/DMD) Jarosław Mizera,, Division of Materials Design (FMSE/DMD)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Certifying unit
Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Affiliation unit
Division of Materials Design (FMSE/DMD)
Study subject / specialization
, Inżynieria Materiałowa
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
10-02-2016
Issue date (year)
2016
Internal identifier
IM-D.002014
Reviewers
Katarzyna Konopka (FMSE/DSMP) Katarzyna Konopka,, Division of Ceramic Materials and Polymers (FMSE/DSMP)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE) Jarosław Mizera (FMSE/DMD) Jarosław Mizera,, Division of Materials Design (FMSE/DMD)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Keywords in Polish
degradacja wodorowa, kawerny solne, platerowanie wybuchowe
Keywords in English
hydrogen degradation, salt caverns, explosive cladding
Abstract in Polish
Wzrost świadomości ekologicznej społeczeństwa oraz stopniowe wyczerpywanie się dotychczas używanych konwencjonalnych paliw nieodnawialnych zmusiły kraje wysokorozwinięte do poszukiwania nowych, alternatywnych źródeł energii. Jedną z nich jest wykorzystanie wodoru jako paliwa. Użycie tego gazu pozwala na zminimalizowanie skutków skażenia wód, powietrza i gleby, co czyni technologię wodorową przyjazną środowisku. Duża wydajność energetyczna i praktycznie nieograniczone zasoby są głównymi przyczynami znacznej konkurencyjności technologii wodorowej w stosunku do nieodnawialnych paliw kopalnych. Podstawowym warunkiem, aby wodór mógł zastąpić bieżące nośniki energii jest rozwiązanie problemu jego magazynowania i dystrybucji. Obecnie znanych jest kilkanaście metod przechowywania wodoru, jednak nakłady finansowe związane z ich utrzymaniem i realizacją skłaniają do poszukiwania alternatywnego rozwiązania. Jedną z możliwości jest wykorzystanie do tego celu podziemnych magazynów w złożach soli kamiennej. Wiele krajów, w tym także Polska, rozpoczęło realizację projektów badawczych, których głównym celem jest badanie efektywności magazynowania wodoru pozyskiwanego z nadwyżek energii ze źródeł odnawialnych. W ramach realizacji wielu projektów zakłada się, że nadwyżka energii elektrycznej, pochodząca z elektrowni wiatrowych ma być wykorzystana do wytwarzania wodoru w procesie elektrolizy. Magazynowany w kawernach solnych gaz ma być bezpośrednio wykorzystywany przez rafinerie do realizowanych procesów technologicznych. Inną możliwością jest zastosowanie wodoru jako paliwa zasilającego turbiny gazowe w okresach wzmożonego zapotrzebowania na energię elektryczną. Wykorzystanie kawern solnych jako magazynu wodoru wymaga podjęcia tematu oddziaływania tego gazu z materiałami konstrukcyjnymi używanymi na oprzyrządowania. Możliwość występowania wodoru zarówno w postaci jonowej, cząsteczkowej oraz atomowej, jak również duża reaktywność chemiczna gazu wpływają na złożony charakter oddziaływania z metalami. Ze względu na niewielkie rozmiary molekuły wodoru, gaz przenika przez znakomitą większość materiałów konstrukcyjnych, a oddziaływując z elementami mikrostruktury powoduje ich degradację. Mechanizm niszczenia metali w środowisku wodoru jest nadal nie do końca poznany przez co jest przedmiotem licznych prac badaczy. Projektowanie i wytwarzanie nowych materiałów, nawet o podwyższonych właściwościach mechanicznych i odporności korozyjnej, nie zawsze wiąże się z ich stabilnością w kontakcie z wodorem. Stosowana technika platerowania wybuchowego ma na celu łączenie różnych materiałów w celu uzyskania kombinacji pożądanych właściwości. Odporność korozyjna cienkiej warstwy plateru i nośność konstrukcji zapewniona przez stal o wysokiej wytrzymałości ma swoje ekonomiczne uzasadnienie w kontekście materiałów stosowanych na oprzyrządowanie kawern solnych magazynujących wodór. W niniejszej pracy zbadano mikrostrukturę i wybrane właściwości mechaniczne potencjalnych materiałów do zastosowania na elementy oprzyrządowania kawern solnych do przechowywania wodoru. Mogą one pomóc w opracowaniu skutecznych metod przeciwdziałaniu degradacji wodorowej, jak również ułatwić dobór materiału na oprzyrządowanie kawern. Niniejsza praca jest związana z projektem badawczym nawiązującym do problematyki magazynowania wodoru. Projekt ten, o akronimie GEKON-HESTOR, finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, związany jest z problematyką przechowywania i transportu wodoru. Wśród konsorcjantów i liderów poszczególnych zadań znajdują się takie podmioty jak: Grupa LOTOS S.A., Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A., Politechnika Warszawska, Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Górnictwa Surowców Chemicznych CHEMKOP Sp. z o.o., Akademika Górniczo-Hutnicza w Krakowie oraz Politechnika Śląska.
File
  • File: 1
    Praca_Dyplomowa_Urszula_Wojtach.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 8074

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT49443f4cb1c74964a0c4bcb4592e120e/
URN
urn:pw-repo:WUT49443f4cb1c74964a0c4bcb4592e120e

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page