H2VALVE: Un prototip de vàlvula d’hidrogen a 700bar

El futur de l’energia sostenible passa per l’hidrogen, però emmagatzemar i controlar aquest gas no és gens trivial. Per aprofitar al màxim l’hidrogen, cal emmagatzemar-lo a pressions molt elevades (fins i tot superiors a 700 bar) per tal d’augmentar la densitat energètica. No obstant, les vàlvules convencionals no estan preparades per a aquestes condicions extremes: a pressions tan altes es deformen, tenen una vida útil curta i acaben produint fuites. Conscient d’aquest repte, a Redfluid hem liderat el projecte H2VALVE, amb el suport de la línia Nuclis 2022 d’ACCIÓ – Generalitat de Catalunya, per desenvolupar un nou prototip de vàlvula d’hidrogen capaç de treballar a més de 700 bar sense cap tipus de fuga.

Ajudes que impulsen la innovació industrial

Agraïm el suport d’ACCIÓ – Generalitat de Catalunya.
El projecte ha estat subvencionat per la convocatòria Nuclis d’R+D 2022 (recerca industrial i desenvolupament experimental).
Gràcies a aquest finançament, a Redfluid hem pogut assumir els riscos, dissenyar i validar H2VALVE, una vàlvula per a hidrogen que treballa per sobre de 700 bar i sense fuites, accelerant el pas a proves reals.

El repte de l’hidrogen a alta pressió

Treballar amb hidrogen a 700 bar comporta una sèrie de dificultats tecnològiques importants. A continuació destaquem alguns dels motius pels quals aconseguir zero fuites és tan complex:

  • Molecula extremadament petita: L’hidrogen és la molècula més petita que existeix; pot escapar per la mínima escletxa o porus en els materials. Garantir l’estanquitat total requereix materials i dissenys de segellat especials.
  • Fragilització de materials: En presència d’hidrogen, molts metalls formen hidrurs i es tornen fràgils, cosa que pot danyar components de la vàlvula. Això obliga a descartar materials habituals i a seleccionar aliatges i polímers resistents a l’hidrogen.
  • Altament inflamable i indetectable: L’hidrogen és un gas inflamable (fins i tot explosiu) i, a més, és incolor i inodor. Una fuita, per petita que sigui, suposa un risc de seguretat greu i és difícil de detectar sense instrumentació adequada.
  • Compatibilitat limitada: Molts segells, juntes i materials convencionals no funcionen bé amb hidrogen a alta pressió. Cal desenvolupar solucions adaptades, des de dissenys de vàlvula fins a lubricants o packings especials, per assegurar que no hi hagi fuites ni degradació.

En resum, controlar hidrogen comprimit a centenars de bar és un desafiament que combina enginyeria de materials, disseny mecànic de precisió i estrictes mesures de seguretat.

Activitats desenvolupades en el projecte H2VALVE

Per tal d’afrontar aquestes dificultats, durant el projecte H2VALVE s’han dut a terme diverses activitats clau que han permès desenvolupar i validar la nova vàlvula d’alta pressió:

Disseny del prototip

  • Hem concebut una vàlvula pensada per a H₂ a >700 bar.
  • Hem optimitzat les geometries per reduir pèrdues i hem cuidat el segellat anti-fuites, validant-ho amb CFD.

Materials

  • Hem provat seients i packings (PTFE, PEEK, Vespel…).
  • La combinació rPTFE/PEEK és la que ens dona millor estanquitat amb menor parell de tancament.
  • Alhora, hem seleccionat aliatges metàl·lics resistents a la fragilització per hidrogen.

Banc de proves

  • Hem construït un banc automatitzat fins a 700 bar, amb tests hidràulics/pneumàtics, detecció de fuites He/H₂, càmera de buit i traçabilitat completa.

Prototips i fabricació

  • Hem fabricat prototips (agulla i bola) amb connexions NPT/BSP i bridades.
  • Fem desgreixatge especial i verificació 100% d’estanquitat abans de provar amb H₂.

Assaigs i validació

  • Hem superat proves de tipus i producció fins a 700 bar sense fuites ni pèrdua de rendiment.
  • Només hem detectat una incidència menor en condicions criogèniques extremes, ja en millora..

Resultats principals del projecte

Gràcies a aquestes activitats, el projecte H2VALVE ha aconseguit importants fites en el camí cap a una nova generació de vàlvules d’hidrogen d’altes prestacions:

  • Vàlvula d’hidrogen sense fuites a 700 bar: S’ha desenvolupat i provat un prototip de vàlvula capaç de treballar per sobre de 700 bar mantenint una estanquitat total, és a dir, zero fuites detectades ni tan sols amb instruments de precisió (heli). Aquesta vàlvula pionera permetrà emmagatzemar i controlar hidrogen comprimit amb la màxima seguretat, un requisit fonamental per a aplicacions com les hidrogeneres (estacions de servei d’hidrogen) o sistemes d’emmagatzematge estacionari.
  • Validació de disseny i durabilitat: Els prototips han superat proves exigents de cicle de vida i resistència mecànica. S’ha demostrat que el disseny aguanta llargs períodes d’operació sense degradar-se, complint els requisits de cicles d’obertura i tancament i fins i tot assajos a temperatures extremes. En altres paraules, la vàlvula no només és estanca inicialment, sinó que manté l’estanquitat i la funcionalitat al llarg del temps. Això valida tant el disseny tècnic com el procés de fabricació, obrint la porta a una futura producció a escala de la vàlvula.
  • Noves capacitats d’assaig a Redfluid: El projecte ha deixat com a llegat un banc de proves únic, que queda a disposició per a futurs desenvolupaments. Aquesta infraestructura permet a Redfluid (i a Catalunya, en general) provar equips a pressions ultraelevades de forma segura. És un actiu estratègic que no només servirà per assegurar la qualitat de les vàlvules produïdes, sinó també per a altres projectes d’R+D relacionats amb l’hidrogen i altres gasos d’alta pressió.
  • Coneixement aplicable a noves solucions: Durant el projecte s’ha generat un valuós coneixement sobre materials i estàndards per a vàlvules d’hidrogen. S’han identificat materials òptims (com el PEEK per components polimèrics i certs acer inoxidable tractats per als metàl·lics) i configuracions de segellat que maximitzen la seguretat. També s’ha desenvolupat un protocol de validació propi per a vàlvules d’hidrogen, combinant les millors pràctiques de normes internacionals existents. Tot plegat situa Redfluid en una posició capdavantera per dissenyar futures solucions en l’àmbit de l’hidrogen d’alta pressió.
investigació en vàlvules per hidrogen alta pressió

En conclusió, H2VALVE ha assolit el repte de desenvolupar una vàlvula d’hidrogen d’alta pressió sense fuites, un èxit fruit de la combinació de visió innovadora, rigor tècnic i suport institucional. Aquesta vàlvula és un pas endavant en la infraestructura de l’hidrogen i un orgull per a la indústria local, demostrant que amb els recursos i recolzament adequats, som capaços de superar fins i tot els reptes tecnològics més difícils.