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Neues Speicherverfahren für Wasserstoff

Fachbericht | Wörter: 752 | Aufrufe: 6658 | Druckbare Version

Neues Speicherverfahren für Wasserstoff
Gasförmiger Wasserstoff wird in der Regel bis auf einen Druck von 200 bis 350bar komprimiert und in Stahl- bzw. Kunststoff-Flaschen eingeschlossen. Flüssiger Was-serstoff wird demgegenüber zwar nur einem mäßigen Druck ausgesetzt (4bar), dafür aber extrem weit abgekühlt, so dass es sich verflüssigt. Metallhydride hingegen binden Wasserstoff in die Metallstruktur ein und lassen ihn erst wieder nach einer Druck-Reduzierung bzw. Temperatur-Erhöhung entweichen. Gewisse Kohlenstoff-Strukturen standen und stehen immer noch im Verdacht, erhebliche Mengen Wasserstoff binden zu können, was bisher jedoch noch nicht glaubhaft bewiesen werden konnte.

Unabhängig von der Speicherungsart heißt es aus Expertenkreisen, dass die Speichertechnik mittlerweile so weit fortgeschritten ist, dass Wasserstoff relativ sicher beherrscht wird. "Relativ sicher" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Wasserstoff mindestens ebenso sicher gehandhabt und gespeichert werden kann, wie kon-ventionelle Kraftstoffe (Benzin, Diesel, Kerosin).

LH2-Speichertechnik
Bei der LH2-Speicherung gab es bisher erhebliche Probleme mit der Wärme-Isolierung. Wasserstoff verfügt über einen sehr niedrigen Siedepunkt (-253°C). Des-wegen muss er in sehr gut isolierten Behältern aufbewahrt wird, so dass der Wärme-Eintrag aus der Umgebung so gering wie möglich bleibt. Die konventionellen LH2-Speicherbehälter bestehen daher aus zwei Edelstahl-Tanks und funktionieren wie eine Thermosflasche. Der Raum zwischen den beiden ineinandergefügten Behältern ist zur Reduzierung des Wärme-Transports evakuiert. Außerdem ist eine wenige Zentimeter dicke Super-Isolationsschicht eingelegt (Aluminiumbeschichtete Glasfi-ber-Matten), die dem Isolationsgrad eines 9m-dicken Styropor-Isolationsmantels entspricht.

Speicher-Problematik
Trotz dieser ausgefeilten Wärmedämmung, kommt es zu einem Wärmefluss von außen ins Tankinnere. Dies bewirkt eine allmähliche Erwärmung, so dass mit der Zeit der Tank-Innendruck steigt. Sobald der maximale Betriebsdruck erreicht ist (ca. 5bar), sorgt in der Regel ein Sicherheitsventil für eine Druck-Entlastung. Es wird in diesem Fall gasförmiger Wasserstoff über das Ventil abgeblasen, bis der Speicherdruck wieder auf ein normales Niveau abgesunken ist.

Bei jeder Öffnung des Sicherheitsventils geht demnach eine gewisse Menge Wasserstoff verloren. Dieser Wasserstoff-Anteil wird als "Verdampfungsverlust" bezeichnet. Die Abdampf-Rate liegt bei etwa 1 bis 2Vol.-% pro Tag, wenn mindestens drei Tage kein Kraftstoff entnommen wurde. Große Behälter verfügen gegenüber kleinen Tanks über deutlich längere Standzeiten, die wegen ihres besseren Oberflä-chen/Volumen-Verhältnisses über 100 Tage betragen können.

Das bisherige Entwicklungsziel in der Speichertechnik war stets die Reduzierung dieser Verdampfungsverluste insbesondere für kleine Behälter. Jetzt gibt es jedoch ein neues Tankkonzept, dass mit dieser Problematik gänzlich anders umgeht.

Neue Speichertechnik
In Saarbrücken hat sich ein Forschungsteam zusammengefunden, dass aus dem bisherigen Nachteil dieser LH2-Speichertechnik einen Vorteil macht und ihn für seine Zwecke nutzt. Um den LH2-Tank soll ein weiterer Druck-Behälter herumgebaut wer-den, so dass entweichendes Gas nicht verloren gehen kann.

Abb. 1: Funktionsprinzip des geschachtelten H2-Tanks neues Speicherverfahren
Quelle: Büttner Ideen-Start

Das Konzept sieht einen oder mehrere Behälter für flüssigen Wasserstoff vor (s. Abb. 1). Eingebettet sind diese LH2-Kugeltanks in einen zylindrischen Druck-Behälter aus Edelstahl. Der innere Zylindertank ist von einem zweiten, ebenfalls zylinderförmigen Tank umgeben. Der Raum zwischen diesen zwei Behältern ist evakuiert und mit mehreren Lagen Super-Isolationsmaterial gefüllt.

Kommt es demnach im Tank-Inneren im Laufe der Zeit zu einer Temperatur-Erhöhung in Folge des Wärme-Eintrages von außen, verdampft eine Teilmenge des flüssigen Wasserstoffes. Dieser nun gasförmig vorliegende Wasserstoff kann durch Überdruck-Ventile aus den Kugeltanks entweichen und sorgt für eine Druck-Entlastung im Kugeltank und für einen Druck-Anstieg im Gasraum. Nach dem Abblas-Vorgang ist dieser Wasserstoff-Anteil jedoch nicht verloren, vielmehr befindet er sich immer noch innerhalb der äußeren Zylindertanks. Erst, wenn der Gasraum bis an deren Druckgrenze gefüllt ist, muss das Sicherheitsventil öffnen und Gas abge-lassen werden.

Vorteilhaft bei diesem Konzept gegenüber anderen Flüssigwasserstoff-Tanks ist der zusätzliche Gasraum, der die LH2-Behälter isolierend umhüllt. Da der flüssige Was-serstoff nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Außenwand steht, kommt insgesamt zu einem geringeren Wärme-Eintrag. Der Wärme-Übergang von einer warmen Wand zu einem kalten Gas ist nicht so groß wie zu einer tiefkalten Flüssigkeit. Insgesamt reduziert sich dadurch der Isolationsaufwand, so dass erhebliche Materialkosten ein-gespart werden können.

Einsatz-Gebiete
Dieses neue Tankkonzept soll sich für jegliche Größenordnung und diverse Einsatz-Gebiete eignen. Um unterschiedliche Speicher-Volumina abdecken zu können, sind diese Tanks modular koppelbar. Konzipiert ist dieses Tankkonzept für Anwendungs-gebiete, wo vor Ort flüssiger und auch gasförmiger Wasserstoff benötigt werden. In Frage kommen beispielsweise:

  • Wasserstoff-Betankungsstellen und Versuchsanlagen
  • Labore und Forschungsinstitute
  • Gas-Unternehmen
  • Hausenergie- und Notstrom-Versorgungseinrichtungen
  • mobile Speicherung in Kraftfahrzeugen

    Praxistest
    Einen Prototypen dieses Tanks gibt es bisher noch nicht. Der Projektleiter Herr M. Büttner ist jedoch zuversichtlich, dass sich bald ein Tank-Hersteller finden wird, mit dem der erste Schritt vom Papier in die Praxis unternommen werden kann. Er zählt dabei auf die Einspar-Potentiale durch die eliminierten Abdampfverluste sowie die trotz des höheren Aufwandes kostengünstige Gesamt-Konstruktion.

    Je nachdem wie erfolgreich die Suche nach einem Projektspartner verläuft, wird sich zeigen, ob dieses Konzept dazu beitragen kann, die Wasserstoff-Technik tatsächlich einen Schritt voran zu bringen.

    Kontakt: http://www.hydrogeit.de, info@hydrogeit.de, Tel/Fax: 033055-21322/20



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