桑迪亚国家实验室帮助设计了第一代加油站对氢动力汽车来说，这样它们就像传统的加油站一样安全。现在，桑迪亚正在为下一代加氢站做同样的工作。
为了满足对氢燃料日益增长的需求，零售商需要建造更多的加油站。这种扩张需要从气态氢转换为液态氢，因为液态氢比气态氢密度大，使得零售商能够在相同的空间内储存更多的氢气。
与桑迪亚签署的一项新的合作研究与开发协议将允许美国迄今为止最大的氢零售商First Element Fuel建造更多这种尖端液氢站。它还将有助于国家消防协会有关液氢安全距离的安全法规的现代化，这些法规已经几十年没有更新了。更新后的规范将反过来有利于氢气零售商和消防人员设计和批准新的、更安全的加氢站。
使用(扫描)Sandia-designed软件在美国，桑迪亚研究小组正在量化各种系统设计和用于检测和保护泄漏影响的安全措施对氢气泄漏的影响。
“我们可以问这些‘如果……会怎么样’的问题，比如‘这里怎么会发生泄漏?以及“我们如何减轻这些影响?”’这样泄漏造成问题的几率就会降低，”项目联合负责人克里斯·拉弗勒解释道。“通过这种方式，我们可以让燃料电池汽车在以前从未出现过的地方使用氢燃料，比如人口密集的大城市繁忙的市中心。”
液态氢的需求不断增长
氢动力汽车的充电速度和汽油动力汽车一样快，行驶距离也一样远。此外，它们排气管排出的废气只有纯净水，这也是它们越来越受欢迎的原因之一。发展氢燃料交通的最大障碍之一是建造足够的加油站。
First Element Fuel首席运营官蒂姆·布朗（Tim Brown）说：“我们需要更多的加油站和更大、更快、更好的设备，因为我们拥有比我们想象的更多的客户和更多的需求。”。
第一元素目前在加州运营着19个电站，每个电站只有一个水泵和一条软管。其他零售商运营的车站也同样有限。
虽然只有约5000氢燃料电池汽车在路上今天在美国——丰田汽车公司(Toyota Motor Corp .)、本田汽车公司有限公司和现代汽车公司所有销售——燃料供应不足以阻止行司机在车站积累,布朗说。
一旦梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)、通用汽车(General Motors)和其他公司将燃料电池车型推向市场，燃料需求只会增加。First Element计划2019年在加州开设12个新的氢燃料站，以满足这一需求。
目前，美国的氢零售市场主要在加州，这是由于政府政策鼓励汽车制造商在该州销售，大部分加油站位于旧金山湾、洛杉矶和圣地亚哥地区。其他州也计划在未来几年内为乘用车和公共汽车、卡车等重型车辆设立商业车站。
低温挑战
“如果……会怎么样”的安全问题是该团队之前就气态氢泄漏模型回答过的问题。然而，液氢有其独特的优点和挑战。
一方面，液氢可以在比气体低得多的压力下储存，这降低了泄漏的风险。然而，液态氢也是低温的，这意味着它必须保持在非常低的温度(大约零下423华氏度)。
“当液态氢被释放时，它实际上会冻结周围的空气，”桑迪亚风险分析师布莱恩·埃尔哈特(Brian Ehrhart)说。“这对计算空气中氢的浓度提出了挑战。”
无论是气体状态还是液体状态，氢和氧的数量都是相互依赖的，因为液化越多，温度越高，反之亦然。该团队通过假设氢/空气混合的初始“区域”来应对这一挑战，该区域将混合气加热到Sandia的气体扩散模型可以预测其行为的程度。
这种简化使研究小组能够预测可燃物浓度离泄漏有多远，而不是集中在泄漏附近的混合物上，并使用更昂贵的流体动力学模型。
对科学家、零售商和消费者来说好处多多
这个建模过程的一个结果是，第一元素燃料公司将有严格的、基于科学的证据，帮助他们获得计划建造的12个电站的许可。
“桑迪亚是科学界的黄金标准，”布朗说，“如果桑迪亚的结果显示了x, y和z，那么我相信他们是x, y和z。没有第二个猜测。”我知道这是对的，消防队长知道这是对的，其他人也知道。桑迪亚给我带来了专业、严谨和准确，我想我在其他任何地方都找不到。”
Sandia也从这个项目中受益，因为它允许团队在真实的系统设计上演示他们的模型。此外，桑迪亚直接与国家消防协会合作，该项目的数据将用于通知和更新液态氢安全守则。
新的规范将允许未来的加油站以性能为基础的标准来评估，而不是规范性的标准。LaFleur分享了一个烹饪类比来解释这两种代码之间的区别。“规范性代码就像一个食谱，严格要求制作一个蛋糕需要3杯面粉、2盎司巧克力和3个鸡蛋。一个以表现为基础的标准是，‘做一个3英寸高、味道好的巧克力蛋糕’，然后你可以决定怎么做，”她说。
更新后的基于性能的规范将使全国各地的零售商更容易建立安全站，即使他们无法满足某些精确的规范要求。这反过来将鼓励氢动力汽车行业的增长。
桑迪亚的建模工作也支持美国能源部的工作H2@Scale倡议该公司专注于利用国内多种资源大规模生产氢气。该项目还考虑了钢铁制造、化肥生产、石油精炼和运输等多个行业的氢使用。
布朗说：“我们的使命一直是促进这些汽车的采用，确保更好的空气质量和能源安全。”。“这是该项目的一部分，它将在我们目前正在建造的特定车站之外继续存在。”
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