بحث حول الأداء طويل الأمد وخصائص النفاذ لنقل الهيدروجين عبر خطوط أنابيب البولي إيثيلين

يلعب الهيدروجين، باعتباره ناقلًا مهمًا للطاقة، دورًا متزايد الأهمية في تعزيز التحول إلى الطاقة الخضراء. ويمكن إنتاجه باستخدام فائض الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة ويعمل كمكون أساسي لاستراتيجية الطاقة "Power-to-X". ويمكن نقله عبر شبكات خطوط أنابيب البوليمر الموجودة. ومع ذلك، فإن تحويل خطوط أنابيب الغاز الطبيعي إلى تطبيقات نقل الهيدروجين يتطلب تقييمًا منهجيًا لتأثيراتها على المدى القصير-والطويلة-على خطوط أنابيب البوليمر، وخاصة المشكلات المتعلقة بنفاذ الهيدروجين وفقدان الغاز.
أظهرت الدراسات السابقة أن تأثير الهيدروجين على المدى القصير-على أنابيب البولي إيثيلين محدود نسبيًا، ولكن لم يتم دراسة تأثيراته على المدى الطويل-على - خاصة على عمر خدمة الأنابيب - بشكل كامل. تركز هذه الدراسة على تقييم التغير في عمر الخدمة لأنبوب PE100-RC بعد تعرضه لـ 8.9 بار هيدروجين لمدة عامين. من خلال اختبار قضيب التصدع الدوري، وجد أن منحنى فشل CRB أظهر فقط تغيرًا طفيفًا في المنحدر. حدثت ظواهر مماثلة أيضًا في اختبار آخر لأنابيب PE100-RC التي تم تعريضها لضغط ماء يبلغ 10 بار لمدة 1000 ساعة. قد تكون التغييرات التي تمت ملاحظتها في اختبار CRB وأداء انتشار الشقوق المضاد البطيء بسبب التغيرات في مورفولوجيا المادة الناتجة عن الضغط، ولا تتعلق بالتعرض للهيدروجين نفسه. ولذلك، يمكن أن نستنتج أن التعرض للهيدروجين لم يكن له تأثير جوهري على أداء مكافحة انتشار الشقوق البطيئة وعمر الخدمة لأنابيب البولي إيثيلين.
وباعتباره أصغر جزيء غاز، فإن نفاذية غاز الهيدروجين في أنابيب PE تبلغ حوالي أربعة أضعاف فقدان الغاز مقارنة بالغاز الطبيعي. في البوليمرات شبه البلورية-، تكون نفاذية الغاز في الطور البلوري أقل بكثير من تلك الموجودة في الطور غير المتبلور. لاستكشاف العلاقة بين شكل البولي إيثيلين ونفاذيته، قام فريق البحث بتحليل سبعة أنواع من أنابيب البولي إيثيلين المنتجة باستخدام معلمات عملية قولبة الحقن المختلفة. كان الفرق في التبلور الذي تم قياسه بواسطة التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء يصل إلى 25%، لكن معامل النفاذية تغير بنسبة 13% فقط، مما يشير إلى أن تأثير التبلور على نفاذ غاز الهيدروجين محدود نسبيًا. سيساعد الفهم الأعمق لهذه العلاقة في تحسين أداء مقاومة-التخلل لأنابيب البولي إيثيلين في المستقبل وتوفير أساس نظري لتأثير التغيرات في شكل المادة على سلوك التخلل أثناء الاستخدام على المدى الطويل-.