水素は豊富であり、輸送と物流の脱炭素化した未来に不可欠です。水素製造は、風力や太陽光のようなクリーンで再生可能な資源を動力源とする「グリーン」なものであるというだけではありません。水素を燃料とするシステムは、有害な排出物が少なく、水素を燃料として燃焼する場合でもCO2排出量が大幅に少ないのです。

多くの点で、水素は理想的な輸送エネルギー源です。炭化水素燃料に比べ、水素は自着火温度が高く、圧縮比が高いため熱効率が高く、さらに水素は炭化水素燃料よりも幅広い混合気で燃焼します。ガソリンの1.4～7.6％、メタンの5～14.3％という比較的狭い範囲に比べ、水素の混合気濃度は4～76％に及びます。このため、NOx排出量を抑えながら燃費を向上させるリーン水素混合が可能になります。

水素エネルギーが交通機関に広く導入されるまでには、大きな障害が立ちはだかっています。水素燃料電池は、排出ガスを出さないエネルギーを提供するという点では望ましいですが、移動式燃料電池には、コスト、性能、効率の大幅な最適化が必要です。同様に、水素燃焼は燃料電池技術よりも簡単ですが、課題もあります。

いずれの場合も、車載水素貯蔵のためのより良い戦略が必要です。タンクの圧力と温度を管理しながらボイルオフと漏れを防ぐことは、特に性能、安全性、重量、コストのバランスを取りながら、並大抵のことではありません。

エンジニアは、これらの複雑なマルチドメイン設計の課題を解決するために、より包括的な新しいツールを必要としています。

モデロンが、航空機メーカー、ティアワンサプライヤー、新興企業が、水素エネルギーと貯蔵を探求し、前進するために必要なソリューションを見つけるために、モデルベース設計とダイナミックモデリングを使用するのをどのように支援しているかをご覧ください。

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モデルベース設計とダイナミックモデリングを使用し、水素エネルギーと水素貯蔵の検討をし、前進するために必要なソリューションを見つけるのをどのようにサポートしているかをご覧ください。

概要 – 推進力のための安全な水素貯蔵

水素は、自動車、バス、大型航空機など、燃料電池や直接燃焼を利用した交通機関の動力源として特に有望です。燃料電池のコストと性能は中核的な課題であるが、最大の関心事は安全な水素貯蔵であり、燃料電池ベースおよび燃焼ベースの水素推進において役割を果たします。

水素は可燃性の燃料と空気の混合比が幅広く、最小点火エネルギーがわずか0.02ミリジュール（天然ガスに点火するのに必要なエネルギーの7％）と低いため、エラーの余地はほとんどありません。安全性の課題は、水素のエネルギー密度の低さ（天然ガスのような化石燃料源と比較して）によってさらに深刻化します。つまり、水素を利用した推進システムには、かなりの水素貯蔵量が必要となる。

水素貯蔵システムの設計と評価に定常および動的物理ベースモデルを使用するエンジニアは、より正確なシミュレーションを行うことができ、実環境下でのシステム挙動の定常および動的側面に対処することができます。正確なシミュレーションは、より信頼性の高い設計につながり、水素貯蔵システムの配備に対する信頼性を高めます。

モデルベースの設計およびシミュレーションツールは、開発時間を短縮し、バリューチェーンの各段階でベストプラクティスをサポートする機会を生み出します。

ビジネスケース – 水素貯蔵のモデルベース設計： コスト削減と効率向上

水素が将来のエネルギーシステムに不可欠であるならば、幅広い車載用水素貯蔵タンクが土台となります。今、私たちは必要な基盤を必要としています。水素燃焼と推進は、最大限の貯蔵時間（休止時間）を確保し、中断や漏れのリスクを最小限に抑えながら、有意義な量の水素を貯蔵できる水素貯蔵タンクがあって初めて機能します。タンクは、性能、安全性、重量、コストのバランスがとれていなければならず、予測不可能な運転条件下でも機能します。安全でコスト効率が高く、効率的な貯蔵ソリューションを開発することは、水素をエネルギー源として広く採用する上で極めて重要です。

現在のコンパクトで効率的な水素貯蔵方法には、高圧タンクや極低温圧縮液体貯蔵システムがあります。これらは高価で、安全上のリスクを伴う傾向があります。より包括的なモデルベースの設計およびシステムシミュレーションツールを採用することで、エンジニアは水素貯蔵の利用可能なオプションを迅速に評価し、既存および将来の設計にこれらを統合し、今日の現場でこれらのソリューションをコスト効率よく実装するためのより良い方法を見つけることができます。

ソリューション – 航空機開発のための水素貯蔵技術のためのModelon Impact

Modelon Impactは、モデルベース設計を用いて物理システムを設計、シミュレーション、解析するためのクラウドプラットフォームです。その広範なライブラリとツールには、水素エネルギー、燃料電池、貯蔵テンプレート、モデル、チュートリアル、およびカスタマイズ可能な商業的に検証されたコンポーネントの包括的なスイートが含まれます。これらには、航空機の水素推進を探求するためのモデロンの燃料電池ライブラリと蒸気サイクルライブラリが含まれます。

Modelon Impactは、アクセシビリティと容易なオンボーディングのために最適化されており、組織全体（非専門家やエンジニアリングやプログラミングの経験が浅い人を含む）で簡単に共同作業を行うことができます。また、プラットフォーム自体も、実績のあるグラフィックモデリング機能と実験モードを備えた使いやすいワークフローによって構成されています。

Modelon Impactは、クラウド上だけで動作するため、Impact内で多数のシミュレーションを実行する場合でも、ユーザーはバージョンをインストールしたり、ローカルリソースを占有したり、コンピュータやネットワークの速度を低下させたりする必要はありません。任意のモデルの設計出力を共有可能な単一のファイルとして保存およびエクスポートし、他のモデルのコンポーネントとして使用したり、リンクを介して共有したりすることができます。Modelon Impactを使用して行ったすべての作業は、財産であり、機密事項です。チーム内でワークスペースを共有することは自由ですが、このコンテンツがモデロンによってアクセスされたり使用されたりすることはありません。
Modelon Impactとそのライブラリに組み込まれた拡張セットは、水素推進を検討し、水素貯蔵タンクの構造、断熱、重量、休眠の最適なバランスを決定するために必要なツールで、航空機メーカー、トップサプライヤー、スタートアップ企業をサポートしています。既存のライブラリは、多くの水素エネルギーシステムのシミュレーションに適していますが、さらにカスタマイズが必要な場合は、水素貯蔵と航空宇宙モデリングの専門家 がお手伝いします。

使用例 – モデロンのソリューションで前進

より広範な水素推進の展開をサポートするために、航空機メーカーは圧縮液体水素貯蔵用の新しいタンクを設計しなければなりません。これらは、性能と重量効率のバランスをとる必要があります。このようなシステムを正確にモデリングするためには、複雑なシステムと流体特性の精密な物理学で代表的なデータを作成することが求められます。航空宇宙エンジニアはすでに、Modelon Impactの実験モードとコンピューティングエンジンを使用して、あらかじめ設定された仮想試験をモデル化し、飛行中の消費から充填プロセスまで、さまざまなシナリオに対するこのようなタンクの過渡応答を予測しています。

重要な課題のひとつは、飛行中に液体水素が硬い断熱タンクからさまざまな速度で取り出される際に、これらの特性の相互作用を適切に評価することです。このような動的な変化は、水素がタンクから漏れたり、周囲の空気が入り込んだりする危険性があります。漏洩は明らかに発火の危険をもたらすが、シミュレーションによれば、周囲の空気がタンクに流れ込むと燃料ラインが凍結する可能性が高く、飛行中も同様に注意が必要です。

水素貯蔵タンクのサイジングはほとんどが定常状態の問題ですが、液体水素の休眠やボイルオフなどの制約条件は動的解析に左右されます。Modelon Impactはマルチフィデリティモデルを活用することで、エンジニアは同じモデル上で定常状態と動的シミュレーションの両方を実行し、最小限の労力で最適な設計を見つけることができます。

リソース

お客様のエンジニアリングスタックに新しいツールを導入することは困難である可能性がありますので、モデロンは定期的にModelon Help Centerで簡単なチュートリアルやガイドをリリースしています。私たちの専門家は、お客様のチームが前進し続けるための詳細なサポートを提供しています。

過去20年にわたり、卓越したサービスと専門知識を提供することによって私たち自身を明確にし、多くの業界で信頼できるパートナーとして高い評判を得てきました。

お客様の成功は、常に私たちの最優先事項です。