Tiêu chuẩn ASTM góp phần thúc đẩy năng lượng gió và hydro

Chuẩn hóa chất bôi trơn cho tua bin gió

Năng lượng gió đang ngày càng được khai thác ở quy mô lớn, với những tua bin có kích thước và công suất ngày càng cao. Để các hệ thống này vận hành ổn định trong thời gian dài, bên cạnh thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển, chất lượng chất bôi trơn cũng là một yếu tố quan trọng.

Ủy ban về sản phẩm dầu mỏ, nhiên liệu lỏng và chất bôi trơn (D02) của ASTM International hiện có một số tiêu chuẩn liên quan đến chất bôi trơn sử dụng trong tua bin gió. Theo Tiến sĩ James Simnick, chuyên gia tư vấn năng lượng, chuyên gia về nhiên liệu và Chủ tịch Ủy ban D02, mỡ bôi trơn đóng vai trò quan trọng đối với hộp số và các bộ phận quay của máy phát điện trong tua bin gió.

Đặc biệt, hộp số của tua bin phải hoạt động trong điều kiện môi trường rất khắc nghiệt. Mỡ bôi trơn cần duy trì khả năng làm việc trong khoảng nhiệt độ từ -20°C đến 49°C, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và thông số vận hành cần thiết. Nếu chất bôi trơn mất tính năng ở nhiệt độ thấp hoặc cao, nguy cơ hao mòn, hư hỏng các bộ phận và thời gian ngừng hoạt động của tua bin có thể gia tăng.

Nhằm hỗ trợ đánh giá tính năng của mỡ bôi trơn, Tiểu ban về tính nhất quán và các thử nghiệm lưu biến liên quan (D02.G0.02) đã công bố phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM D1092 để xác định độ nhớt biểu kiến của mỡ bôi trơn.

Phương pháp này cho phép đánh giá độ nhớt biểu kiến của mỡ trong khoảng nhiệt độ từ -65°F (-54°C) đến 100°F (38°C). Việc kiểm tra có thể sử dụng nhiệt kế thủy ngân hoặc các thiết bị đo nhiệt độ khác như nhiệt kế chất lỏng trong ống thủy tinh và cặp nhiệt điện. Tiêu chuẩn cũng lưu ý rằng ở nhiệt độ cực thấp, phạm vi tốc độ cắt có thể giảm do lực cần thiết để đẩy mỡ qua các mao quản nhỏ tăng lên.

Bên cạnh đó, ASTM D1831 là phương pháp thử nghiệm về độ ổn định lăn của mỡ bôi trơn. Kết quả thử nghiệm có thể được sử dụng để đánh giá những thay đổi về độ đặc của mỡ trong quá trình sử dụng. Đây là thông tin quan trọng khi lựa chọn và đánh giá chất bôi trơn cho các thiết bị phải vận hành liên tục, chịu tải lớn như hộp số tua bin gió.

Hydro – tiềm năng lớn, nhiều thách thức kỹ thuật

Song song với năng lượng gió, hydro đang được nghiên cứu như một giải pháp năng lượng sạch tiềm năng, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải và pin nhiên liệu.

Ủy ban về nhiên liệu khí (D03) của ASTM hiện đang nghiên cứu các phương pháp thử nghiệm phục vụ việc sử dụng hydro cho phương tiện chạy bằng nhiên liệu này. Theo ông James Simnick, xe chạy bằng hydro đã được nghiên cứu trong nhiều năm tại Nhật Bản, Đức, Mỹ và một số quốc gia khác. Tuy nhiên, việc thương mại hóa rộng rãi vẫn phải đối mặt với nhiều rào cản.

Một trong những thách thức lớn là chi phí sản xuất hydro. Hydro không tồn tại phổ biến dưới dạng tự do trong tự nhiên nên phải được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu khác. Hiện nay, phần lớn hydro được sử dụng trên thế giới vẫn được sản xuất bằng phương pháp cải tạo hơi nước - metan. Quá trình này sử dụng khí tự nhiên và hơi nước ở nhiệt độ cao để tạo ra hydro và carbon dioxide, sau đó hydro được tinh chế.

Các tiêu chuẩn ASTM góp phần tạo ra cơ sở kỹ thuật chung để đánh giá chất lượng, độ an toàn và khả năng vận hành của thiết bị, nhiên liệu.

Không chỉ vấn đề sản xuất, độ tinh khiết của hydro cũng là yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với pin nhiên liệu. Hydro cần đạt độ tinh khiết khoảng 99,999% trước khi đưa vào hệ thống pin nhiên liệu. Việc tinh chế cũng như ngăn ngừa tạp chất xâm nhập vào hydro trong suốt quá trình từ sản xuất, lưu trữ, vận chuyển đến tiếp nhiên liệu là một thách thức kỹ thuật đáng kể.

Quá trình tiếp nhiên liệu cũng đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn. Hydro có thể được phân phối dưới dạng khí áp suất cao, đòi hỏi hệ thống kết nối phải chắc chắn và không rò rỉ. Trong khi đó, hydro lỏng được duy trì ở nhiệt độ cực thấp, khoảng -423,17°F (-252,87°C). Điều này đòi hỏi các thiết bị và đầu nối phải được thiết kế đặc biệt để ngăn ngừa rò rỉ và bảo vệ người vận hành khỏi nguy cơ bỏng lạnh, tê cóng.

Ngoài ra, hydro là chất rất dễ cháy, khiến các yêu cầu về thiết kế thiết bị, kiểm soát rò rỉ, lưu trữ, vận chuyển và tiếp nhiên liệu trở nên phức tạp hơn. Đây cũng là lý do việc xây dựng các phương pháp thử nghiệm và tiêu chuẩn kỹ thuật thống nhất có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình phát triển hệ sinh thái hydro.

Tiêu chuẩn hỗ trợ kiểm soát chất lượng hydro

Tiểu ban về hydro và pin nhiên liệu (D03.14) hiện có chín tiêu chuẩn đang hoạt động, tập trung vào các khía cạnh khác nhau của việc lấy mẫu, kiểm soát chất lượng và đánh giá nhiên liệu hydro.

Trong số đó, ASTM D7606 quy định thực hành lấy mẫu hydro áp suất cao và các khí cấp liệu liên quan cho pin nhiên liệu. Tiêu chuẩn giúp cung cấp cơ sở thống nhất cho quá trình lấy mẫu, từ đó hỗ trợ việc kiểm tra và đánh giá chất lượng nhiên liệu.

Bên cạnh đó, ASTM D7653 quy định phương pháp thử nghiệm xác định các chất gây ô nhiễm dạng vết trong nhiên liệu hydro bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Việc phát hiện và kiểm soát các tạp chất ở hàm lượng rất thấp có vai trò quan trọng trong bảo đảm chất lượng hydro và hạn chế những tác động bất lợi đến hiệu suất, độ bền của hệ thống pin nhiên liệu.

Từ chất bôi trơn cho những tua bin gió khổng lồ đến các yêu cầu nghiêm ngặt đối với nhiên liệu hydro, sự phát triển của năng lượng sạch không chỉ phụ thuộc vào những đột phá về công nghệ mà còn cần hệ thống tiêu chuẩn và phương pháp thử nghiệm đáng tin cậy. Các tiêu chuẩn ASTM vì vậy góp phần tạo ra cơ sở kỹ thuật chung để đánh giá chất lượng, độ an toàn và khả năng vận hành của thiết bị, nhiên liệu, qua đó hỗ trợ quá trình thương mại hóa và mở rộng các công nghệ năng lượng mới.

Hồng Vân (theo ASTM)