수소: 알론 3000XT®의 데자뷰 순간
새로운 도전의 열쇠는 때때로 과거에 숨겨져 있습니다. 수소를 생산, 저장, 운송하는 데 필요한 장비와 공정이 바로 그런 경우입니다.
장비를 업그레이드하거나 새로운 장비를 설계하려는 사람들이 직면한 주요 장애물은 다음과 같습니다: 수소 환경에 내재된 극한의 문제를 견딜 수 있는 폴리머 소재의 부족입니다.
그린 트위드가 2014년에 개발한 세계 최초이자 유일한 가교 PEEK 기반 폴리머로, 석유 및 가스 회사들이 점점 더 높은 온도와 압력으로 더 깊은 매장지로 이동할 수 있게 해준 Arlon 3000XT®를 소개합니다. 이제 개선된 버전은 연료 전지, 전해조, 압축기, 밸브 등 수소 기술과 미래형 장비의 복잡한 요구 사항을 충족할 준비가 되었습니다.
적응의 힘
"업계의 요구는 항상 그린 트위드에서 새로운 소재와 제품 개발을 주도해 왔습니다. 기존의 탄소 충진 PEEK가 유전 응용 분야의 극한 환경에서 더 이상 작동하지 않을 때 우리는 Arlon 3000XT®를 개발했습니다. 수소가 제기한 도전 과제는 이제 우리에게 또 다른 혁신의 기회를 제공했습니다."라고 기술 매니저인 케리 드레이크 박사는 말합니다.
예를 들어 전해조를 생각해 보세요. 물과 전기의 전기화학 반응으로 수소를 생성하려면 효율적이고 비용 효율적인 방식으로 작동하기 위해 더 높은 작동 온도가 필요합니다. 또한 구성 요소는 독한 화학 물질에 노출됩니다. 기존 폴리머와 복합 소재는 이러한 요구 사항을 충족하지 못할 수 있다고 지적한 케리는 다른 고성능 폴리머에 비해 내화학성이 향상된 Arlon 3000XT®가 프레임이나 개스킷과 같은 부품에 이상적이라고 주장합니다. 그는 그 이유를 설명합니다: 개발 과정에서 강산, 염기 및 기타 공격적인 수성 화학 물질에 대한 화학적 호환성을 테스트했습니다. 그 결과 200°C/392°F에서 장시간 동안 우수한 성능을 보여주었습니다. "전해조의 경우 가교되지 않은 PEEK 또는 충전된 PEEK는 허용 가능한 성능을 발휘하지 못하는 경우가 있습니다. 하지만 가교를 하면 일반적으로 내화학성과 기계적 특성이 향상되는 것을 확인했기 때문에 가교된 비충전 PEEK가 이러한 환경에 적합한 솔루션이 될 수 있습니다."라고 그는 덧붙입니다.
수소 환경과 호환되는 새로운 소재가 필요한 장비는 전해조뿐만이 아닙니다. "연료 전지는 재료 가스 방출, 화학적 호환성 또는 고온에서의 기계적 특성 저하와 같은 문제를 견딜 수 있는 소재 솔루션이 필요합니다. 압축기의 피스톤 링과 밸브의 시트는 매우 높은 압력에서 윤활 없이 작동하는 기존 소재의 한계에 도달하고 있습니다."라고 Greene Tweed의 산업 확장 매니저인 필립 알리엔(Philippe Allienne)은 말합니다. 그에 따르면 Greene Tweed의 과학자들이 특정 수소 애플리케이션을 위한 맞춤형 화합물을 개발하기 위해 기반 기술을 지속적으로 개선해 왔기 때문에 Arlon 3000XT®가 이러한 과제를 해결할 수 있었다고 합니다.
그러한 예 중 하나가 충전 등급입니다. "미래의 수소 왕복동 압축기는 더 극한의 환경을 처리해야 하며, 충전된 PTFE 또는 PEEK와 같은 기존 재료는 더 이상 적합하지 않을 것입니다. 우리는 Arlon 3000XT®가 더 나은 성능을 제공할 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 하지만 이 소재는 마모 및 마찰 응용 분야를 위해 개발된 것이 아니었기 때문에 마찰 특성을 개선하기 위해 최적화해야 했다고 Kerry는 설명합니다. 그는 이어서 예를 들어 설명합니다."반죽이라고 생각하면 됩니다. 피자를 만들 것인지 쿠키를 만들 것인지는 여러분에게 달려 있습니다. 그래서 왕복동 컴프레서의 마모 적용에 적합한 소재를 만들기 위해 공식을 수정했습니다."
솔루션 검증
Arlon 3000XT®의 혁신적 잠재력은 단순한 가설이 아닙니다. 솔루션이 수소 환경을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 그린 트위드는 두 곳의 미국 국립 연구소가 주도하는 수소 노출 시 재료 거동에 대한 중요한 연구 프로그램의 일환으로 이 소재를 테스트했습니다. 이러한 엄격한 고압 주기적 노출 테스트의 결과는 수소 응용 분야에서 볼 수 있는 극한 조건에서 놀라운 안정성을 입증하여 수소 응용 분야에 대한 적합성에 대한 확실한 증거를 제공했습니다.
탈탄소화에 이상적인 소재는?
Arlon 3000XT®의 고유한 특성 덕분에 이 소재는 기존 PEEK 등급의 한계를 뛰어넘을 수 있습니다. 예를 들어 Arlon 3000XT®는 수소 외에도 탄소 포집 산업에 내재된 문제도 해결할 수 있습니다. 연구에 따르면 기본 PEEK 폴리머는 흡수제 컬럼의 패킹으로 사용될 때 금속 및 기타 플라스틱에 비해 우수한 습윤 결과를 제공할 수 있습니다*. 가교 PEEK를 사용하면 PEEK 패킹의 고온 기계적 강도와 내화학성을 높일 수 있으므로, Arlon 3000XT®는 탈탄소화 추세에 따라 증가하는 소재 문제를 해결하는 데 이상적인 솔루션입니다.
가교는 폴리머의 내화학성을 개선하고 부풀어 오름을 줄이는 것으로 알려진 기술입니다. 또한 PEEK에 비해 Arlon 3000XT®의 높은 온도 성능 덕분에 230~310℃ 범위의 CCU CO2BOL(결합 유기 액체)의 끓는점에 가까운 온도에서 사용할 수 있습니다.
참조:
* 태평양 노스웨스트 국립 연구소 - 2019년 8월 27일 - CO2 분리를 위한 형질 전환 용매의 분자 정제