水素Arlon 3000XT®のデジャヴの瞬間
新たな挑戦への鍵は、時として過去の中に隠されている。水素の製造、貯蔵、輸送に必要な装置やプロセスがそうだ。
装置のアップグレードや新しい装置の設計を検討している人々が直面する大きなハードルは、次のようなものである：水素環境特有の過酷な試練に耐えるポリマー材料の不足。
Arlon3000XT®は、グリーン・ツイード社が2014年に開発した世界初で唯一の架橋型PEEKベースポリマーで、石油・ガス会社がますます高温・高圧化する埋蔵量の深部への移行を可能にしました。現在では、燃料電池や電解槽からコンプレッサー、バルブに至るまで、水素技術の複雑な要求を満たし、将来を見据えた機器に対応できるよう強化されています。
適応の力
「グリーンツィード社では、常に業界のニーズが新素材や製品開発の原動力となってきました。既存のカーボン入りPEEKが油田用途の過酷な 環境に耐えられなくなったとき、私たちはArlon 3000XT®を開発しました。水素がもたらした課題は、私たちに新たな技術革新の機会を提 供しました」と、技術マネージャーのケリー・ドレイク博士は述べています。
例えば、電解槽を考えてみよう。水と電気の電気化学反応から水素を発生させるため、効率的で費用対効果の高い方法で機能させるには、より高い動作温度が必要だ。さらに、電解槽の部品は刺激性の高い化学薬品にさらされる。ケリーは、既存のポリマーや複合材料ではこうした要求に応えられない可能性があることを指摘し、Arlon 3000XT®の耐薬品性は他の高性能ポリマーよりも優れているため、フレームやガスケットなどの部品に最適だと主張する。その理由をこう説明する：開発中、強酸や強塩基、その他侵食性の強い水性化学薬品に対する耐薬品性をテストしました。200°C/392°Fで長時間優れた性能を発揮しました。「電解槽の場合、未架橋のPEEKや充填PEEKでは許容できる性能が得られない場合があります。しかし、架橋によって耐薬品性と機械的特性が一般的に向上することが確認されており、架橋未充填PEEKはこれらの環境に適したソリューションになる可能性があります。
水素環境に適合する新素材を必要としているのは、電解槽だけではない。「燃料電池には、材料のアウトガス、化学的適合性、高温での機械的特性の劣化といった課題に耐える材料ソリューションが必要だ。コンプレッサーのピストンリングやバルブのシートは、非常に高い圧力で、しかも無潤滑で作動するため、既存の材料では限界に達しています」と、グリーン・ツイードのインダストリー・エキスパンション・マネージャー、フィリップ・アリエンヌは言う。グリーンツイードの研究者たちは、水素の用途に特化 したカスタムコンパウンドを開発するため、ベース技術 の改良を続けてきました。
その一例が充填グレードである。「将来の水素レシプロコンプレッサは、より過酷な環境に対応する必要があり、PTFEやPEEKの充填グレードのような、これまで使えた既存の材料は適さなくなるでしょう。私たちはArlon 3000XT®がより優れた性能を発揮できることを知っていました。しかし、この材料は摩耗や摩擦の用途向けに開発されたものではなかったため、トライボロジー特性を向上させるために最適化する必要がありました」とケリーは説明する。生地のように考えることができます。ピザを作るかクッキーを作るかはあなた次第です。そこで私たちは、レシプロ・コンプレッサーの摩耗用途に適した材料を作るために配合を改良しました」。
ソリューションの検証
Arlon 3000XT®の変革の可能性は、単なる仮説ではありません。グリーンツィード社は、水素環境に耐えうることを確認するため、2つの米 国国立研究所が主導する水素暴露下での材料挙動に関する重要な研究プロ グラムの一環として、この材料の試験を実施しました。これらの厳格な高圧サイクル暴露試験の結果、水素用途で見られる極限条件下で顕著な安定性が実証され、水素用途に適していることの具体的な証拠となりました。
脱炭素化のための理想的な素材？
Arlon 3000XT® のユニークな特性により、この材料は従来の PEEK グレードの限界を超えることができます。Arlon 3000XT®は水素以外にも、例えば炭素回収産業特有の課題を解決する可能性があります。研究によると、ベースとなるPEEKポリマーは、吸収塔*のパッキンとして使用した場合、金属や他のプラスチックと比較して優れた濡れ性を発揮する可能性があります。架橋PEEKを使用することで、PEEKパッキンの高温での機械的強度と耐薬品性が向上する可能性があり、Arlon 3000XT®は、脱炭素化の進展に伴い増加する材料に関する課題を解決する理想的なソリューションとなります。
架橋は、ポリマーの耐薬品性を向上させ、膨潤を抑制する技術として知られています。加えて、Arlon 3000XT®はPEEKに比べて高温での使用が可能なため、CCU CO2BOL（結合性有機液体）の沸点に近い温度（230～310℃）での使用が可能です。