Usafi wa hidrojeni inayotumiwa katika magari ya huduma nzito yenye fuel cell ni muhimu sana kwa uimara na uaminifu wa mifumo ya fuel cell. Vichafuzi kama misombo ya sulfuri, carbon monoxide, ammonia, maji na chembechembe vinaweza kusababisha sumu ya catalyst, kuharibika kwa membrane na upotevu wa utendaji usioweza kurekebishwa. Hata hivyo, kutathmini kwa usahihi ubora wa hidrojeni hakutegemei tu vifaa nyeti vya uchambuzi, bali pia kupata sampuli inayowakilisha kweli mafuta yanayotoka kwenye nozzle ya kujaza.

Sehemu kubwa ya mbinu zilizopo za kuchukua sampuli za hidrojeni iliundwa kwa vituo vya kujaza magari ya huduma nyepesi kama magari ya abiria. Katika kujaza magari ya huduma nzito kuna viwango vya juu zaidi vya mtiririko wa wingi, kiasi kikubwa zaidi cha hidrojeni kinachohamishwa, protocols tofauti za kujaza, viwango vya shinikizo vya 35 au 70 MPa na jiometri tofauti za nozzles. Kwa hiyo, haiwezi kudhaniwa kwamba mbinu inayotumika kwa magari mepesi itatoa matokeo yale yale katika hali za magari mazito.

Utafiti ulilinganisha mifumo mitatu ya kuchukua sampuli: NPL DirSAM inayochukua sampuli moja kwa moja, mfumo wa ENGIE unaofanya kazi kwa kanuni ya kuchukua sampuli sambamba kupitia chamber ya lita 55, na mfumo wa moduli wa HySaM unaoweza kufanya kazi sambamba au kwa closed-end mode. Mifumo hiyo ilijaribiwa mfululizo katika ZBT Hydrogen Testfield nchini Ujerumani chini ya hali za kujaza huduma nzito za 35 MPa.

Kwa oksijeni, carbon monoxide, carbon dioxide, argon, helium na jumla ya non-methane hydrocarbons, matokeo ya mifumo yote mitatu yalionekana kuwa sawa kitakwimu ndani ya combined measurement uncertainties. Kwa upande mwingine, HySaM kwa nitrojeni, ENGIE kwa maji na NPL DirSAM kwa jumla ya sulfuri vilitofautiana kwa kiasi kikubwa na mifumo mingine miwili. Kwa kuwa mfumo uliopotoka ulikuwa tofauti kwa kila kichafuzi, hakukuonekana kosa moja la kimfumo la mwelekeo mmoja linaloenea kwa misombo yote.

Katika jumla ya sulfuri, tofauti muhimu hasa ilionekana. NPL DirSAM ilitoa takribani 4–5 nmol mol^-1, ilhali ENGIE na HySaM mara nyingi zilitoa matokeo chini ya 1 nmol mol^-1. Matokeo ya NPL yalikuwa karibu na au juu ya kikomo cha 4 nmol mol^-1 kilichoainishwa katika EN 17124. Haikuweza kubainishwa kama tofauti hiyo ilitokana na positive bias katika DirSAM au matokeo ya chini yanayosababishwa na adsorption katika mifumo mingine.

Katika ulinganisho wa sampuli za huduma nyepesi na nzito kwa kifaa kilekile cha HySaM, matokeo ya nitrojeni yalikuwa karibu sawa: 2504 ± 80 µmol mol^-1 katika sampuli ya LD na 2502 ± 80 µmol mol^-1 katika sampuli ya HD. Kwa upande mwingine, maji yalipimwa kuwa 21,17 ± 0,43 µmol mol^-1 katika njia ya LD na 11,96 ± 0,24 µmol mol^-1 katika njia ya HD. Kwa kuwa matokeo ya LD yalikuwa juu sana kuliko kiwango cha takribani 11–12 µmol mol^-1 katika storage banks, ilitafsiriwa kuwa huenda kulikuwa na mabaki ya muda ya maji katika bomba, valve, hose au nozzle ya njia ya kujaza ya 70 MPa.

Katika uchunguzi wa chembechembe, kiwango cha juu cha mtiririko cha takribani 43 g s^-1 kilionekana katika kujaza H70 na takribani 30 g s^-1 katika kujaza H35. Hakukuonekana correlation wazi kati ya kiasi cha chembechembe kilichokusanywa kwenye filter na uzito wa hidrojeni uliohamishwa au hali ya kujazwa kwa gari. Hata hivyo, idadi ya majaribio ilikuwa ndogo, baadhi ya matokeo ya gravimetric yalikuwa hasi, na kipimo kimoja pekee kilizidi kikomo cha uvumilivu cha 1 mg kg^-1.

Katika uchambuzi wa SEM-EDS na ICP-MS, vipengele vinavyohusishwa na fittings za stainless steel, pamoja na sulfuri, shaba, zinki, alumini na silicon vilitambuliwa. Ukweli kwamba chembechembe zilijikusanya zaidi pembeni mwa filter kuliko katikati unaonyesha kwamba usambazaji wa mtiririko wa ndani katika filter holder unaweza kuathiri matokeo ya sampuli.

Hitimisho kuu la utafiti ni kwamba mifumo iliyopo ya kuchukua sampuli inaweza kubadilishwa kwa matumizi ya kujaza magari ya huduma nzito, lakini usawa wa mifumo kwa kila mmoja pekee hautoshi. Hasa kwa vichafuzi vinavyoathiriwa na mwingiliano wa uso kama maji na sulfuri, traceable reference gases, recovery experiments na uthibitishaji wa trueness vinahitajika. Aidha, kwa ushahidi wa sasa si salama kutumia matokeo kutoka nozzles za LD na HD kama mbadala wa moja kwa moja kwa kila mmoja.

Kwa nini usafi wa hidrojeni ni muhimu kwa magari ya huduma nzito?

Katika proton-exchange-membrane fuel cells, hidrojeni hutumiwa kielektrokemikali upande wa anode. Hata kiasi kidogo sana cha baadhi ya vichafuzi katika mafuta kinaweza kufunika uso wa catalyst, kubadilisha muundo wa membrane inayopitisha protoni au kujikusanya katika gas-distribution channels.

Magari ya huduma nzito yenye fuel cell, tofauti na magari mepesi, yana:

• Muda mrefu zaidi wa uendeshaji,
• Mahitaji ya juu zaidi ya nguvu endelevu,
• Duty cycles nzito zaidi,
• Matumizi ya biashara ya mara kwa mara zaidi,
• Hatari kubwa zaidi ya hasara ya kiuchumi endapo kutatokea hitilafu

.

Utafiti unaeleza kwamba fuel cells za huduma nzito zinaweza kubuniwa kwa maisha ya uendeshaji yanayozidi saa 20.000–30.000. Katika muda mrefu kama huo, kuingia mara kwa mara kwa kichafuzi cha kiwango cha chini kunaweza kusababisha uharibifu usioonekana katika kujaza mara moja lakini unaojikusanya kwa muda.

ISO 14687:2025 na EN 17124:2022 zinaainisha viwango vya juu vya vichafuzi vya gesi na chembechembe kwa hidrojeni inayotumiwa katika magari ya barabarani. Hata hivyo, ili kubaini kama hidrojeni katika kituo inakidhi viwango hivyo, sampuli iliyopimwa lazima iwakilishe kweli mafuta yanayohamishwa kutoka nozzle kwenda kwenye gari.

Kwa nini sampuli inaweza kuwa na makosa hata kama kifaa cha uchambuzi ni sahihi?

Sampuli ya hidrojeni hugusa nyuso nyingi kutoka nozzle ya kituo hadi kufika maabara ya uchambuzi. Katika mchakato huu:

• Maji na misombo ya sulfuri vinaweza ku-adsorb kwenye nyuso.
• Dutu zilizoshikamana awali na uso zinaweza ku-desorb kwenda kwenye sampuli mpya.
• Purging isiyotosha inaweza kuongeza hewa au unyevu uliobaki kwenye njia kwenye sampuli.
• Mabadiliko ya shinikizo na joto yanaweza kubadilisha surface equilibrium.
• Cylinder, valve, seal, hose au vifaa vya fittings vinaweza kuingiliana kwa namna tofauti na misombo tofauti.
• Protocol ya kujaza inaweza kubadilisha ni storage bank ipi inayotoa gesi kwa uwiano gani.

Kwa hiyo, kuwa na uncertainty ndogo katika uchambuzi wa maabara pekee hakuhakikishi kwamba sampuli ilichukuliwa kwa usahihi.

Tofauti kati ya direct sampling na parallel sampling

Direct sampling

Katika direct method, hidrojeni huelekezwa moja kwa moja kutoka nozzle ya kituo kwenda sampling cylinder au kifaa maalum cha sampling. Gari au receiver tank kubwa huenda isiwepo. Kituo kinaweza kuhitaji kuendeshwa katika service au maintenance mode na baadhi ya parameters za kujaza kudhibitiwa kwa mkono.

Mbinu hii inaweza kuruhusu udhibiti mkali zaidi wa hali za kujaza. Hata hivyo, huenda isiakisi kikamilifu dynamics za mchakato wa kawaida wa kujaza gari halisi.

Parallel sampling

Katika parallel method, sampling cylinder hujazwa kwa wakati mmoja kupitia T-connection wakati gari au artificial receiver tank inajazwa. Kituo huendelea kutumia protocol yake ya kawaida ya usalama na kujaza.

Muundo huu unaweza kuwa karibu zaidi na tukio halisi la kujaza. Kwa upande mwingine, pressure ramp ya kituo, mabadiliko ya mtiririko, hali ya mwanzo ya tank ya gari na transitions za storage banks vinaweza kuongeza variability kwenye sampuli.

Mifumo mitatu ya gas sampling iliyochunguzwa katika utafiti

Mfumo wa particulate sampling

Kwa chembechembe, HYDAC PSA-H70 high-pressure filter holder ilitumika. Mfumo uliunganishwa kwa mfululizo kati ya nozzle ya kituo na gari au artificial tank.

Matoleo mawili yaliyoitwa MC1 na MC2 yalitofautiana kwa:

• Mbinu ya kuhifadhi shinikizo,
• Strategia ya kupunguza shinikizo

.

Filter holder inaweza kufanya kazi hadi 70 MPa na kuruhusu kuchukua particulate sample bila kuzima standard refuelling safety protocol.

Eneo la majaribio ya gas equivalence

Ulinganisho wa vichafuzi vya gesi ulifanywa katika kituo cha ZBT Hydrogen Testfield mjini Duisburg, Ujerumani. Eneo hilo lina uwezo wa jumla wa kuhifadhi takribani 900 kg ya hidrojeni, inayohifadhiwa katika banks za 30, 50 na 90 MPa.

Kituoni kuna uwezo wa kutumia:

• Kujaza 35 na 70 MPa,
• SAE J2601,
• MC Formula,
• PRHYDE,
• Sequences za kujaza zinazoweza kusanidiwa kwa uhuru

.

Miundombinu ya high-flow iliyowekwa chini ya mradi wa RHeaDHy inaweza kufikia hadi 300 g s^-1 katika 70 MPa heavy-duty refuelling. Hata hivyo, jaribio kuu la equivalence la mifumo mitatu lilifanywa kwenye line ya 35 MPa.

Je, mifumo yote mitatu ilijaribiwa kwa protocol ileile kabisa?

Hapana. Ingawa mifumo ilijaribiwa mfululizo kwa kutumia storage banks zilezile na hali zinazofanana za heavy-duty, protocols hazikuwa sawa kabisa kutokana na namna mifumo inavyofanya kazi.

Tofauti hii inafanya iwe vigumu kusema kwamba variability iliyopimwa ilisababishwa na hardware ya kifaa pekee. Hasa kwa misombo nyeti kwa hali za uendeshaji wa kituo kama maji na nitrojeni, repeatability bora ya direct method inaweza kuwa imetokana na hali za uendeshaji zilizodhibitiwa zaidi.

Vichafuzi vya gesi vilichambuliwaje?

Sehemu kubwa ya uchambuzi ilifanywa na NPL kwa mbinu za ndani zilizoidhinishwa kwa ISO/IEC 17025. Primary reference materials zilizoandaliwa katika hydrogen matrix zilitumiwa katika calibration.

Mpangilio wa ziada wa uchambuzi katika ulinganisho wa LD-HD

Uchambuzi wa maji na nitrojeni wa sampuli za light-duty na heavy-duty ulifanywa na ZBT kwa mfumo tofauti.

• CombiSense mass-spectrometry system ilitumika kwa nitrojeni.
• QMA401 quartz-crystal microbalance ilitumika kwa maji.
• Nyuso zinazogusana na gesi zilifunikwa na SilcoNert 2000.
• Lines zilipurgiwa mfululizo kwa hydrogen ya purity grade 9.0.
• Mfumo uliwekwa katika overpressure ya 1 bar ili kuzuia atmospheric back-diffusion.
• Uncertainties zilizoripotiwa zinawakilisha takribani 95% confidence level kwa coverage factor k=2.

Repeatability ilitathminiwaje?

Kwa kila sampling system, standard deviation ya matukio mawili ya sampuli yaliyofanywa siku moja ilikokotolewa kama relative percentage kulingana na nominal amount ya compound.

Matokeo mengi yalibaki chini ya kizingiti cha 10% cha relative repeatability. Oksijeni inaonekana kuwa juu ya 10% katika mifumo yote. Hata hivyo, kiasi cha oksijeni kiko katika kiwango cha chini sana cha 0,2–0,4 µmol mol^-1 na analytical uncertainty ni takribani 10–15%. Kwa hiyo ilitathminiwa kwamba sehemu kubwa ya mabadiliko inaweza kutokana na mipaka ya measurement badala ya sampling system.

Vilevile, repeatability ya 42,4% ya non-methane hydrocarbons katika DirSAM inaweza kuwa imeathiriwa na analytical limitations kutokana na viwango vya chini sana vya 8–16 nmol mol^-1.

Kigezo cha equivalence

Tofauti kati ya wastani wa matokeo ya mifumo miwili siku ileile ililinganishwa na kikomo kilichokokotolewa kutoka jumla ya squares za uncertainties za vipimo viwili:

\[ \left|x_{\mathrm{Samp1},d1}-x_{\mathrm{Samp2},d1}\right| < 2\sqrt{ u_{\mathrm{Samp1},d1}^{2}+ u_{\mathrm{Samp2},d1}^{2} } \]

• x_Samp1,d1: Wastani wa sampuli mbili za mfumo wa kwanza siku ya kwanza,
• x_Samp2,d1: Wastani wa sampuli mbili za mfumo wa pili siku ileile,
• u_Samp1,d1 na u_Samp2,d1: Combined measurement uncertainties za averages husika,
• Coefficient ya nje ya 2: Coverage approach ya k=2 inayolingana na takribani 95% confidence level.

Tofauti ilipobaki chini ya kikomo hiki, mifumo ilichukuliwa kuwa statistically equivalent.

Tofauti kati ya equivalence na trueness

Mifumo mitatu kutoa matokeo yale yale hakuthibitishi kwamba matokeo hayo ndiyo composition halisi ya hidrojeni. Kwa mfano, kama mifumo yote mitatu itashikilia sehemu ya compound ileile kwenye nyuso zake, matokeo yanaweza kuwa sawa kwa kila mmoja lakini chini kuliko thamani halisi.

Kwa hiyo:

• Equivalence: Inaonyesha kiwango cha ulinganifu wa mifumo kwa kila mmoja.
• Trueness: Inaonyesha ukaribu wa matokeo na thamani halisi au traceable reference value.

Kwa kuwa utafiti haukuwa na reference method ya kupima moja kwa moja composition halisi ya jumla ya hidrojeni inayohamishwa kutoka kituo kwenda gari, equivalence pekee ndiyo iliyotathminiwa.

Matokeo ya jumla ya equivalence kwa vichafuzi vya gesi

Matokeo ya nitrojeni

Katika Kielelezo 1, matokeo ya NPL DirSAM na ENGIE yalikuwa takribani katika eneo la 880–895 µmol mol^-1, ilhali matokeo ya HySaM yalikuwa takribani 856–868 µmol mol^-1.

Kiasi cha nitrojeni kilibaki kwa ujumla thabiti kati ya siku mbili, lakini tofauti kati ya HySaM na mifumo mingine iliendelea katika siku zote mbili. Kudumu huku kunaonyesha kwamba tofauti hiyo inaweza kuwa ya kimfumo zaidi kuliko random measurement deviation moja.

Hata hivyo, utafiti haukuweza kubaini ni mfumo upi uliokuwa karibu zaidi na thamani halisi.

Matokeo ya maji

Katika Kielelezo 2, NPL DirSAM na HySaM zilionekana kuendana, wakati ENGIE ilitofautiana kitakwimu. Kiasi cha maji pia kilibadilika kati ya siku.

Maji ni nyeti sana kwa nyuso za metali, inner coating ya cylinder, line temperature na purging conditions. Matokeo ya juu yanaweza kuhusishwa na:

• Purging isiyotosha,
• Leak wakati wa kuunganisha,
• Unyevu uliobaki kwenye line au cylinder,
• Desorption wakati wa pressure reduction

.

Kwa sababu HySaM hufanya kazi kwa parallel mode, hali za kujaza za kituo ambazo mfumo unaona zinaweza kubadilika kutoka tukio moja hadi jingine. Watafiti wanaeleza kwamba variability kubwa ya repeatability ya maji katika HySaM inaweza kuwa imeathiriwa zaidi na mabadiliko ya station protocol kuliko hardware yenyewe.

Matokeo ya jumla ya sulfuri

Kielelezo 3 kinaonyesha tofauti iliyo wazi zaidi kati ya mifumo katika utafiti:

• NPL DirSAM: Takribani 4–5 nmol mol^-1,
• ENGIE: Kwa kawaida chini ya 1 nmol mol^-1,
• HySaM: Kwa kawaida karibu au chini ya 1 nmol mol^-1.

Matokeo ya NPL DirSAM yalibaki juu kwa siku zote mbili, wakati matokeo ya ENGIE na HySaM yalilingana.

Maelezo mawili yanayopingana yanawezekana kwa tofauti hii:

1. Misombo ya sulfuri iliyokuwa imejishikiza awali kwenye materials au cylinders za DirSAM inaweza kuwa ili-desorb na kuunda positive bias.
2. Nyuso za ENGIE na HySaM zinaweza kuwa zili-adsorb sehemu ya misombo ya sulfuri na kuunda negative bias.

Kwa kuwa hakukuwa na reference value, haikuweza kubainishwa ni maelezo yapi kati ya haya mawili yalikuwa sahihi.

Matokeo ya oksijeni

Mifumo yote mitatu ilionekana kuwa statistically equivalent kwa oksijeni. Hata hivyo, vipimo vilikuwa katika eneo la takribani 0,2–0,4 µmol mol^-1, na detection limit ya mbinu iliyotumika ilikuwa takribani 0,1 µmol mol^-1.

Kwa hiyo error bars ni pana ukilinganisha na kiasi kilichopimwa. Majaribio yaliyodhibitiwa kwa viwango vya juu zaidi vya oksijeni au mbinu zenye detection limit ya chini yanaweza kutenganisha vizuri zaidi tofauti ndogo kati ya mifumo.

Carbon monoxide na carbon dioxide

Matokeo ya carbon monoxide yalibaki karibu katika kiwango cha 0,008–0,009 µmol mol^-1. Hakukuonekana mabadiliko dhahiri kati ya siku.

Matokeo ya carbon dioxide yalipishana kwa mifumo yote mitatu katika eneo la takribani 0,23–0,26 µmol mol^-1. Kwa misombo hii miwili, sampling na analytical measurement performance zinaonekana kuwa thabiti katika hali zilizojaribiwa.

Argon na helium

Argon ilipimwa katika kiwango cha takribani 1,8–1,9 µmol mol^-1, na helium katika kiwango cha takribani 25–28 µmol mol^-1. Hakukuonekana tofauti kubwa kati ya mifumo au siku kwa misombo yote miwili.

Tabia ya argon na helium kuwa relatively inert inaendana na ukweli kwamba athari za adsorption na surface reaction si kali kama kwa maji au sulfuri.

Non-methane hydrocarbons

Matokeo ya jumla ya non-methane hydrocarbons yalionekana kuwa equivalent kati ya mifumo mitatu. Ingawa baadhi ya sampuli zilionyesha variability kubwa, viwango vyao vya chini sana vinaashiria kwamba sehemu kubwa ya variability hiyo inaweza kuwa imetokana na analytical measurement.

Ulinganisho wa sampuli za light-duty na heavy-duty

Mfumo wa HySaM ulijaribiwa kwenye nozzles mbili tofauti zinazolishwa na storage banks zilezile:

• LD: 70 MPa, SAE J2601-1, receiver ya 244 L Hexagon,
• HD: 35 MPa, SAE J2601-5, receiver ya 341 L NPROXX.

Nitrojeni ilionyesha ni storage bank ipi ilitawala

Kuna tofauti ya takribani 242–250 µmol mol^-1 ya nitrojeni kati ya banks. Matokeo ya takribani 2500 µmol mol^-1 katika sampuli za LD na HD yanaonyesha kwamba bank 6 ilikuwa chanzo kikuu cha hidrojeni katika kujaza zote mbili.

Kwa mtazamo huu, sampuli za LD na HD zilinasa mchanganyiko uleule wa hidrojeni.

Kwa nini maji yalikuwa karibu mara mbili katika njia ya LD?

Ingawa kiasi cha maji katika banks kilitofautiana kwa 0,83 µmol mol^-1 pekee, sampuli ya LD ilitoa 21,17 µmol mol^-1, ilhali sampuli ya HD ilitoa 11,96 µmol mol^-1.

Matokeo ya LD yalikuwa takribani 77% juu kuliko ya HD na pia mbali na thamani za storage banks zote mbili.

Maelezo yanayowezekana zaidi katika utafiti ni athari ya muda ya unyevu maalum kwa 70 MPa refuelling arm iliyotumika katika jaribio la SAE J2601-1. Ikilinganishwa na HD line, line hii ina takribani mita mbili za ziada za stainless-steel tubing pamoja na:

• Manual valve moja,
• Check valve moja,
• Air-operated valves mbili,
• Pressure transmitters mbili,
• Temperature transmitters mbili,
• Hose na nozzle tofauti

.

Matumizi ya analytical setup ileile na kutokuwepo kwa mvua wakati wa kuunganisha yalifanya maelezo ya maabara au mazingira ya nje yawe na uwezekano mdogo. Hata hivyo, kwa kuwa jaribio halikurudiwa, maelezo ya line moisture hayakuthibitishwa moja kwa moja.

Je, sample ya LD inaweza kutumika kukadiria ubora wa fuel ya HD?

Jibu la utafiti kwa ushahidi wa sasa ni hapana. Hata kama nozzles zinalishwa na storage banks zilezile, tofauti katika:

• Pressure line,
• Pipe geometry,
• Idadi ya valves,
• Hose na nozzle,
• Refuelling protocol

zinaweza kubadili hasa matokeo ya vichafuzi vinavyoathiriwa na surface interactions.

Kwa hiyo, si sahihi kuhamisha moja kwa moja purity result iliyochukuliwa kutoka LD nozzle ya kituo kwenda HD nozzle.

Majaribio ya chembechembe

Majaribio ya chembechembe yalifanywa katika heavy-duty hydrogen station tofauti ambayo ilikuwa na historia ya chembechembe zinazoweza kupimwa. Kwa sababu za usalama, maximum flow rate iliwekewa kikomo cha 60 g s^-1.

Maximum flow rates zilizokadiriwa kutoka video:

• Jaribio la H70 EX3: Takribani 43 g s^-1,
• Jaribio la H35 EX7: Takribani 30 g s^-1.

Makadirio haya yanategemea video ya display ya kituo. Haikupimwa kama HYDAC MC1 filter iliathiri flow rate.

Matokeo ya gravimetric particulate

Filters zilipimwa kabla na baada ya sampling chini ya hali zinazodhibitiwa za joto na unyevu. Tofauti ya mass iligawanywa kwa kiasi cha hidrojeni kilichopita kwenye filter na ku-normalize kuwa mg kg^-1.

Katika majaribio:

• Matokeo hasi ya mass yalipatikana kwa EX4 na EX5.
• Kwa EX1, matokeo ya 1,05 mg kg^-1 yalizidi tolerance limit ya 1 mg kg^-1.
• Matokeo mengine chanya yalikuwa takribani 0,08–0,44 mg kg^-1.

Matokeo hasi hayamaanishi kiasi hasi halisi cha chembechembe. Filter conditioning, mabadiliko ya unyevu, weighing uncertainty, upotevu wa filter material au athari za sample handling zinaweza kusababisha final mass kuwa chini kuliko initial mass.

Dhana tatu zilizojaribiwa kuhusu uundaji wa chembechembe

1. Mass ya chembechembe iliyokusanywa ni sawia na total hydrogen mass iliyopita kwenye filter,
2. Particulate result inategemea state of charge ya gari,
3. Kuna “start-up effect” ambapo chembechembe zilizojikusanya kwenye line hutolewa na mtiririko wa kwanza mwanzoni mwa kujaza.

Correlation na total hydrogen mass

Katika grafu ya juu ya Kielelezo 12, hakuna uhusiano wa kawaida unaoonekana kati ya mass ya hidrojeni iliyohamishwa na absolute particulate mass iliyopimwa kwenye filter.

Kwa kiasi fulani cha hidrojeni kilichohamishwa, matokeo ya chembechembe ya chini na ya juu yalipatikana. Kwa hiyo, data iliyopo haiungi mkono dhana kwamba “hidrojeni mara mbili zaidi hubeba chembechembe mara mbili zaidi”.

Correlation na state of charge ya gari

Katika grafu ya chini ya Kielelezo 12, pia hakukuonekana trend wazi kati ya average vehicle state of charge na normalized particulate amount katika mg kg^-1.

Hata hivyo, kutokana na idadi ndogo ya vipimo na negative gravimetric values, haiwezekani kutoa hitimisho la jumla kwamba “hakuna uhusiano wowote”. Hitimisho la utafiti ni tu kwamba hakuna correlation wazi iliyoonekana katika seti hii ya majaribio.

Start-up effect

Ikiwa start-up effect ipo, katika refuelling fupi kiasi kilekile cha chembechembe kinachotolewa mwanzoni hugawanywa kwa kiasi kidogo cha hidrojeni, hivyo mg kg^-1 inapaswa kuwa juu zaidi.

Matokeo ya EX1, EX7-MC1, EX2 na pengine EX6-MC1 yalitoa ishara dhaifu katika mwelekeo huu. Kujaza EX1 kuanzishwa upya mara mbili huenda kulichangia particulate result ya juu katika jaribio hili.

Hata hivyo, utafiti haukuthibitisha start-up effect kitakwimu.

Chembechembe zilipatikana wapi katika SEM images?

Filters 45, 47, 39 na 38 zilichunguzwa kwa macho. Mabaki yanayoonekana kwa macho yalionekana kwenye filter 45 pekee, lakini SEM analysis ilitambua chembechembe kwenye filters 45, 47 na 39.

Katika Kielelezo 13:

• Filter 45 ina deposits kubwa, nyeusi na zisizo na umbo la kawaida,
• Filter 47 ina particles ndogo zaidi na zilizotawanyika

.

Chembechembe nyingi zilipatikana zaidi katika maeneo ya pembeni kuliko katikati ya filter. Usambazaji huu unaonyesha kwamba flow ndani ya filter holder si uniform na particles zinaweza kujikusanya katika local velocity au vortex regions.

EDS elemental mapping

Vipengele kama Fe, Cr na Ni vinavyohusishwa na stainless steel, na Cu na Zn vinavyohusishwa na brass, vinaashiria kwamba metal surfaces katika station line au sampling equipment zinaweza kuwa miongoni mwa vyanzo vinavyowezekana. Hata hivyo, utafiti haukubaini chanzo mahususi cha kila particle.

Matokeo ya ICP-MS

Filter 45 ilikuwa tajiri kwa S, Fe, Cu, Zn, Mn na Cr katika SEM-EDS na ICP-MS. Kwa filter 47, mbinu zote mbili zilionyesha ulinganifu kwa S, Fe na Ni; SEM-EDS pia ilibaini maeneo ya local Al na Si.

Wakati SEM huchunguza eneo dogo tu la uso, ICP-MS huyeyusha sehemu kubwa zaidi ya filter na kutoa average composition. Kwa hiyo, kuona particle ya eneo fulani kwa SEM lakini isiwe dhahiri katika bulk ICP-MS value si lazima iwe contradiction ya analytical methods.

Tafsiri ya kiufundi ya vielelezo

Vielelezo 1–9: Kiasi cha gesi na uncertainties

Katika kila grafu, black na red squares zinaonyesha sample days au repeats tofauti, na vertical error bars zinaonyesha k=2 expanded uncertainty. Equivalence haikutegemea ukaribu wa squares pekee, bali mathematical comparison pamoja na error intervals.

Katika grafu za CO, CO₂, Ar na He, matokeo yalikusanyika katika horizontal band nyembamba. Katika grafu za nitrojeni, maji na hasa sulfuri, clustering iliyo wazi kati ya mifumo ilionekana.

Kielelezo 10: Instantaneous refuelling flow rate

Curve ya H70 ilipanda haraka mwanzoni hadi takribani 43 g s^-1, kisha ikashuka na kupanda tena kidogo mwishoni mwa tukio. Curve ya H35 ilipanda polepole zaidi, ikafikia plateau ya takribani 30 g s^-1, kisha ikapungua kuelekea mwisho.

Kielelezo 11: Particulate experiment matrix

Kielelezo kinaonyesha nozzle, filter, HYDAC version, gari, fill range, hidrojeni iliyohamishwa, mg kg^-1 na absolute µg results katika jedwali moja. Kuwepo kwa matokeo hasi na chanya katika data set moja kunaonyesha umuhimu wa gravimetric measurement uncertainty.

Kielelezo 12: Correlation plots

Katika upper scatter plot, points hazipandi au kushuka kwa utaratibu kadiri mass ya hidrojeni iliyohamishwa inavyoongezeka. Katika grafu ya chini pia hakuna one-directional slope kati ya state of charge ya gari na normalized particulate amount.

Kielelezo 13: Filter SEM images

Katika filter 45 kuna irregular clusters katika scale ya mamia ya micrometres, huku filter 47 ikiwa na particles ndogo zaidi na zilizotawanyika. Images pia zinaonyesha fibrous au striped background structure ya filter.

Nguvu za utafiti

• Mifumo mitatu tofauti ya sampling iliyorekebishwa kwa heavy-duty hydrogen refuelling ililinganishwa katika field.
• Direct na parallel sampling strategies zilichunguzwa ndani ya utafiti mmoja.
• Seti pana ya analytical methods inayofunika vichafuzi vingi vya ISO 14687 ilitumika.
• Measurement uncertainties ziliingizwa moja kwa moja katika equivalence decision.
• Kwa kuchukua sampuli katika siku mbili tofauti, baadhi ya temporal changes zilionekana.
• Light-duty na heavy-duty nozzles zililinganishwa kwa storage banks zilezile.
• Vichafuzi vya gesi na particulate matter vilitathminiwa ndani ya research framework ileile.
• Chembechembe zilichunguzwa kwa mbinu zinazokamilishana kama gravimetry, SEM-EDS na ICP-MS.
• Katikati na pembeni mwa filter zilitathminiwa kando.
• Imeelezwa wazi kwamba equivalence haimaanishi trueness.
• Matokeo yanatoa database inayoweza kutumika moja kwa moja katika kupanua ISO 19880-9 na standards husika kwa heavy-duty conditions.

Mapungufu ya utafiti

• Utafiti ni preprint ambayo haijapitia peer review.
• Hakuna reference method inayopima real total composition ya hidrojeni iliyosambazwa.
• Equivalence haionyeshi trueness au absolute accuracy.
• Repeatability kwa kila mfumo inategemea sampuli mbili tu zilizochukuliwa siku ileile.
• Gas equivalence experiments zilifanywa katika test site moja.
• Mifumo haikuendeshwa kwa refuelling protocol ileile kabisa.
• Direct na parallel methods zilikabiliwa na tofauti tofauti za station operating variability.
• Viwango vya oksijeni na non-methane hydrocarbons viko karibu na analytical detection limits.
• Kwa nitrojeni, maji na sulfuri haikuweza kubainishwa ni mfumo upi ulio karibu zaidi na thamani halisi.
• Traceable contaminant addition au recovery experiment haikufanywa.
• Adsorption-desorption behavior ya cylinder na line materials haikupimwa kwa majaribio tofauti ya maabara.
• Ulinganisho wa LD-HD unategemea idadi ndogo ya refuelling events.
• Maelezo kwamba matokeo ya maji ya LD yalitokana na line moisture hayakupimwa moja kwa moja.
• Mifumo yote mitatu haikulinganishwa katika 70 MPa high-flow heavy-duty conditions.
• Particulate experiments zilifanywa katika kituo tofauti na gas equivalence experiments.
• Particulate flow rates ziliwekwa chini ya 60 g s^-1 kwa sababu za usalama.
• Katika majaribio mawili tu refuelling flow rate ilikadiriwa kutoka video.
• Athari ya particulate filter kwenye refuelling flow haikubainishwa.
• Baadhi ya gravimetric results kuwa hasi kunaonyesha measurement limit na sensitivity ya filter conditioning.
• Jaribio moja kuzidi kikomo cha 1 mg kg^-1 si ushahidi wa jumla kwamba kituo hakikidhi kiwango.
• Idadi ya majaribio katika correlation analysis ni ndogo na statistical coefficients hazikuripotiwa.
• SEM ilichunguza maeneo machache tu kutoka filters zilizochaguliwa.
• Edge accumulation iliyo wazi kwenye filters inaweza kuathiri sana matokeo kulingana na eneo la microscopy lililochaguliwa.
• Haikufanywa tracing ya chembechembe hadi kwenye station component au source mahususi.
• Hakuna open-data repository iliyotajwa kwa raw data, instrument files na full analysis codes.
• Maandishi yanasema EX1 inalingana na filter 45, lakini katika jedwali la Kielelezo 11 filter 45 inaonekana kwenye row ya EX2; mapping hii ya experiment-filter inahitaji kuthibitishwa tena.
• Katika particulate section kuna baadhi ya figure-number na text-placeholder errors.

Utafiti unaunga mkono nini?

• DirSAM, ENGIE na HySaM zinaweza kutoa matokeo yanayolingana kwa vichafuzi vingi vya gesi katika heavy-duty conditions.
• Statistical equivalence ilipatikana kwa oksijeni, CO, CO₂, argon, helium na non-methane hydrocarbons.
• Kuna tofauti zinazohusiana na mfumo au operating conditions kwa maji, nitrojeni na sulfuri.
• Sulfur measurement inaweza kuwa nyeti hasa kwa sampling surfaces na cylinder materials.
• Direct sampling inaweza kutoa repeatability bora kwa baadhi ya misombo kwa sababu inadhibiti station operating conditions kwa karibu zaidi.
• LD na HD nozzles zinaweza kutoa matokeo tofauti kwa maji hata zikilishwa na storage banks zilezile.
• Sampling applications maalum kwa nozzle na refuelling line zinahitajika.
• Chembechembe zinaweza kusambazwa kwa kutokuwa uniform kwenye filter surface.
• Particulate composition inaweza kuwa na elements zinazohusishwa na metallic lines na fittings.
• Katika particulate data iliyopo, hakuna correlation wazi iliyoonekana na amount ya hidrojeni iliyohamishwa au vehicle state of charge.
• Field na reference experiments za ziada zinahitajika kwa maendeleo ya heavy-duty hydrogen sampling standards.

Utafiti haujathibitisha nini?

• Haijathibitishwa kwamba mfumo wowote kati ya mitatu unatoa absolute correct result kwa vichafuzi vyote.
• Haijabainishwa kwamba mifumo itatoa performance ileile katika heavy-duty stations zote.
• Haijaonyeshwa kwamba NPL DirSAM ina positive bias ya sulfuri kwa hakika.
• Haijaonyeshwa kwamba ENGIE na HySaM hupoteza sulfuri kwa hakika.
• Haijathibitishwa kwamba HySaM kwa ujumla hutoa nitrojeni ya chini.
• Haijaonyeshwa kwamba ENGIE system ina defect ya jumla katika water measurement.
• Chanzo halisi cha kiasi kikubwa cha maji katika LD line hakijabainishwa.
• LD sampling si mbaya kwa kila compound; nitrogen results zinaendana na HD.
• Haijathibitishwa kwamba particulate amount haitegemei kabisa flow rate au vehicle filling level.
• Start-up effect haijathibitishwa kitakwimu.
• Haijaonyeshwa ni valve, hose au nozzle gani hasa ilitoa metal particles zilizotambuliwa.
• Utafiti haukuchunguza moja kwa moja kama hydrogen fuel ilisababisha measured damage au performance loss katika vehicle fuel cell.
• Matokeo yenyewe hayathibitishi kwamba kituo kinatii au hakitii ISO 14687 kwa hakika.

Maana yake kwa standardization

Utafiti unaonyesha kwamba badala ya “pass-fail” test moja, multistep approach inahitajika katika qualification assessment ya sampling systems kwa heavy-duty hydrogen refuelling:

1. Field equivalence kwa mifumo tofauti,
2. Recovery test kwa traceable contaminant levels,
3. Compatibility ya cylinder na line materials,
4. Sensitivity kwa pressure, temperature na flow changes,
5. Separate validation ya LD na HD nozzle geometries,
6. Uchunguzi wa flow na deposition distribution katika particulate filter.

Uthibitishaji huu unaweza kusaidia kufafanua applicability limits, sampling protocols na acceptance criteria za heavy-duty stations katika standards kama ISO 19880-9.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa research design

Matokeo makuu ya equivalence

Muhtasari wa kiufundi wa matokeo ya LD-HD

Muhtasari wa kiufundi wa particulate results

Dokezo la analytical quality na uncertainty

Expanded uncertainties zilizotumika katika utafiti zinategemea coverage factor k=2 na zilitafsiriwa kuwa takribani 95% confidence level. Hata hivyo, equivalence results zinaunganisha vipengele tofauti kama:

• Sampling uncertainty,
• Analytical-instrument uncertainty,
• Within-day station variability,
• Storage-bank transitions

ndani ya comparison ileile.

Kwa vichafuzi vya kiwango cha chini, error bars pana zinaweza kuficha tofauti halisi kati ya mifumo. Kwa maneno mengine, matokeo ya “equivalent” hayamaanishi kwamba mifumo ni sawa kabisa; yanaonyesha tu kwamba tofauti inayoweza kutenganishwa na jaribio na measurement uncertainty iliyopo haikupatikana.

Hitimisho la kiufundi

Gas sampling systems zote tatu zilitoa matokeo yanayolinganishwa kwa misombo mingi iliyochunguzwa chini ya heavy-duty refuelling conditions. Hii ni evidence chanya kwa uwezo wa mifumo kutumika katika HD applications.

Kwa upande mwingine, matokeo ya maji, nitrojeni na sulfuri yanaonyesha kwamba sampling strategy, surface materials, station protocol na nozzle line vinaweza kuleta compound-specific effects kwenye matokeo.

Particulate results hazikuweza kuelezwa kwa data iliyopo kwa simple flow, hydrogen-mass au vehicle-filling model. Heterogeneous deposition ndani ya filter na negative gravimetric results zinaonyesha kwamba particulate sampling method pia inahitaji kuendelezwa zaidi.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa kamili cha asili: Equivalence Assessment of Hydrogen Sampling Systems for Heavy-Duty Refuelling Applications

Waandishi na mpangilio wao katika PDF: Karine Arrhenius; Thor Aarhaug; Thomas Bacquart; Linga Reddy Enakonda; Abigail Sian Olivia Morris; Shirin Khaki; Ole Kjos; Debora Foppiano; Einar Jonsson; Marin Frank; Matz Dietrich; Etienne Basset; Emeline Moreira; Joanne Gaudin-Ménart; Maxime Dufond.

Equal contribution au co-first authorship: PDF haina tamko la equal contribution au co-first authorship.

Corresponding author: Karine Arrhenius.

Barua pepe ya corresponding author: Haionekani wazi katika PDF iliyopakiwa wala open SSRN record iliyofikiwa.

Mahusiano ya taasisi

1. Karine Arrhenius: Research Institutes of Sweden AB, RISE, Frans Perssons väg, 412 76 Göteborg, Sweden.
2. Thor Aarhaug, Ole Kjos, Debora Foppiano na Einar Jonsson: SINTEF Industry, Richard Birkelandsvei 2b, 7034 Trondheim, Norway.
3. Thomas Bacquart, Linga Reddy Enakonda, Abigail Sian Olivia Morris na Shirin Khaki: National Physical Laboratory, NPL, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, United Kingdom.
4. Marin Frank na Matz Dietrich: ZBT, Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg, Germany.
5. Etienne Basset, Emeline Moreira, Joanne Gaudin-Ménart na Maxime Dufond: ENGIE, Research Center ENGIE LAB CRIGEN, Stains na St-Fons, France.

Aina ya chanzo: Makala ya preprint yenye field experiments, analytical chemistry, metrology na statistical equivalence comparison.

Maeneo ya utafiti: Hydrogen fuel quality, heavy-duty transport, hydrogen refuelling stations, gas sampling, particulate analysis, metrology na standardization.

Idadi ya kurasa: 35.

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Tarehe ya SSRN posting: 15 Juni 2026.

DOI: 10.2139/ssrn.6945190

Kiungo rasmi:Rekodi ya utafiti ya SSRN

Kiungo cha DOI:Rekodi ya DOI

Hali ya peer review: Utafiti haujapitia peer review. Kila ukurasa wa PDF una onyo la “Preprint not peer reviewed”.

Hali ya jarida: Hati ya mradi wa MetHyTrucks inaeleza kwamba utafiti uliwasilishwa kwa International Journal of Hydrogen Energy. Hata hivyo, accepted au published peer-reviewed version haijathibitishwa.

Verified peer-reviewed journal, volume, issue na article number: Haipo.

Mchapishaji wa asili wa jarida: Kwa kuwa peer-reviewed journal publication haijathibitishwa, haiwezi kubainishwa. Jukwaa la kisayansi la sasa ni SSRN.

Ufadhili

Utafiti ulifadhiliwa na European Partnership on Metrology na kuungwa mkono kwa pamoja na European Union Horizon Europe Research and Innovation Programme na nchi washiriki.

• Mfadhili: European Partnership on Metrology
• Kitambulisho cha mfadhili: 10.13039/100019599
• Mradi/grant: 22NRM03 MetHyTrucks

Michango ya waandishi

PDF haina CRediT contribution statement inayoorodhesha kando majukumu ya conceptualization, experiment, device development, analysis, statistics, visualization au writing kwa kila mwandishi.

Mgongano wa maslahi

PDF iliyopakiwa haina explicit conflict-of-interest statement. Ukosefu huu haukutafsiriwa kama independent confirmation kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Upatikanaji wa data na code

PDF haijatoa open data repository link kwa raw chromatography files, spectra, measurement-uncertainty budgets, refuelling time series, filter weighing records au analysis codes.

Mbinu ya kuandaa makala

Makala hii ya Kituruki ya Verianla imeandaliwa kwa kuchunguza title and author page ya preprint ya kurasa 35 iliyopakiwa, abstract, introduction, gas sampling systems zote tatu, particulate sampling setup, test sites, refuelling protocols, analytical-instrument descriptions, repeatability table, equivalence equation na table, grafu tisa za gas contaminants, LD-HD table, refuelling-flow graphs, particulate experiment matrix, correlation plots, SEM images, EDS table, ICP-MS results, conclusion section, funding na references.

Maudhui ya kisayansi yanategemea tu majaribio, mbinu na matokeo yaliyowasilishwa katika utafiti uliopakiwa. Vyanzo vya nje vilitumika tu kwa bibliographic verification ya title, author list, DOI, SSRN date, platform na current publication status. Hakuna scientific finding mpya kutoka nje ya PDF iliyoongezwa.

Kikomo kikuu cha kimethodolojia

Kikomo kikuu cha utafiti ni kwamba sampling systems zililinganishwa kwa kila mmoja badala ya kulinganishwa na real hydrogen composition. Equivalence ya mifumo mitatu haimaanishi kwamba matokeo ni sahihi.

Hasa kwa misombo nyeti kwa surface interactions kama maji na sulfuri, haiwezekani kubainisha ni mfumo upi ulio karibu zaidi na thamani halisi bila recovery experiments kwa traceable reference gases.

Ulinganisho wa LD-HD unaonyesha kwamba tofauti maalum za nozzle na refuelling line zinaweza kuwa muhimu; hata hivyo, kwa kuwa matokeo haya yanatokana na idadi ndogo ya events, yanapaswa kurudiwa katika stations nyingine.

Particulate results zinaonyesha kwamba tests zilizopo hazitoshi kujenga simple correlations. Majaribio yanayorudiwa, yenye flow na pressure zinazodhibitiwa kwa kujitegemea na direct flow measurement, yanahitajika.

Utafiti ni preprint ambayo haijapitia peer review. Matokeo yanatoa mwanzo wenye thamani kwa maendeleo ya heavy-duty hydrogen sampling standards, lakini bado hayaonyeshi validated absolute accuracy ya mifumo kwa stations na contaminants zote.