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Grundlegende Überlegungen zur Speicherung von Wasserstoff
Die Wasserstoffspeicherung ist ein notwendiges Schlüsselelement für die Nutzung von Wasserstoff als Brennstoff oder Energiequelle in jeder Anwendung. Der Erfolg jeder Art von Treibstoff hängt wohl weitgehend von der Fähigkeit der Menschheit ab, ihn zu lagern und zu transportieren.
Wasserstoff kann entweder in seiner reinen Form gespeichert werden, oder er kann von einem anderen Material absorbiert werden (wie ein Schwamm Wasser aufnehmen würde), so dass er bei Bedarf entnommen werden muss. Daraus ergeben sich die folgenden allgemeinen Arten der Wasserstoffspeicherung.
Was sind die wichtigsten Arten der Wasserstoffspeicherung?
1. Wasserstoffspeicherung in physikalisch reiner Form
a) Gasförmige Speicherung
- Lagerung bei Umgebungsdruck. In dieser Form nimmt Wasserstoff im Vergleich zu der Energie, die er liefern kann, sehr viel Volumen ein. Je nach der Menge des gespeicherten Wasserstoffs führt das geringe Gewicht des eingenommenen Raumvolumens (geringes spezifisches Gewicht) im Vergleich zu Luft zu einem Auftrieb in der Luft – was bedeutet, dass sich der Behälter, wenn er aus einem sehr leichten Material besteht, irgendwann vom Boden abheben kann, wenn er nicht anderweitig zurückgehalten wird.
- Lagerung bei einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck. In dieser Form kann wesentlich mehr Wasserstoff auf einem bestimmten Raum gespeichert werden. Da Wasserstoffmoleküle die kleinsten Moleküle auf der Erde sind, muss besonders darauf geachtet werden, dass die Behälter auch bei höheren Drücken leckagefrei und diffusionsdicht sind. Dank der Fortschritte in der Materialwissenschaft stellt dies kein Problem mehr dar, und Wasserstoff kann problemlos in Wasserstofftanks mit einem Druck von bis zu 1200 bar gespeichert werden. Typische Lagerdrücke sind 200 bar in Stahltanks oder Flaschen, 350 bar in Tanks für Lkw- und Industrieanwendungen und 700 bar oder 800 bar in Fahrzeuganwendungen.
b) Lagerung in flüssiger Form
- LH2 – Flüssigwasserstoff. Nachdem er unter seinen Siedepunkt von -252,8 °C abgekühlt wurde, wird Wasserstoff flüssig und wie jedes verflüssigte Gas nimmt er pro Kilogramm viel weniger Platz ein als in seinem gasförmigen Zustand. Er kann dann wie eine Flüssigkeit gehandhabt werden, allerdings ist eine sehr gute Isolierung erforderlich, um das Verdampfen (Boil-off) des gespeicherten Wasserstoffs zu kontrollieren und zu reduzieren.
- Kryokomprimierter Wasserstoff. Dabei handelt es sich um verflüssigten Wasserstoff, der weiter komprimiert wurde, um das zur Speicherung erforderliche Volumen zu verringern. Neben einer ausreichenden Isolierung für die geforderte extrem niedrige Temperatur muss der Behälter eine ausreichende Stabilität für die gewünschte Druckbeaufschlagung bieten.
2. Materialbasierte Speicherung von Wasserstoff
- Bei dieser Methode der Wasserstoffspeicherung wird ein anderes Material so verwendet, dass die Moleküle dieses Mediums die Wasserstoffmoleküle einfangen, bis sie durch eine äußere Einwirkung wieder zur Freisetzung angeregt werden.
- Aufgrund der potenziell vereinfachten Logistik des Trägermaterials im Vergleich zu reinem Wasserstoff bietet diese Form der Speicherung enorme Vorteile. Das Trägermaterial kann ein größerer Feststoff, ein Pulver, eine Flüssigkeit mit niedriger oder sogar sehr hoher Viskosität sein.
- Nachteile können sich aus dem logistischen Aufwand für das “gebrauchte”, d.h. verbrauchte Trägermedium, der Notwendigkeit des Recyclings des Trägermediums nach seiner Verwendung und der zusätzlichen Komplexität des Wasserstoff-Energiespeichersystems ergeben.
- In den letzten Jahren gab es zahlreiche Innovationen im Bereich der materialbasierten Wasserstoffspeicherung und dieser Bereich verspricht, eine kontinuierliche Quelle neuer Impulse für das Bestreben zu sein, Wasserstoff zu einem primären Energielieferanten auf unserem Planeten zu machen.
Was sind die wichtigsten Leistungskriterien für ein Wasserstoff speichersystem?
Die folgenden Parameter sind wichtige Entscheidungsfaktoren für die Konzeption und Auswahl eines Wasserstoffspeichersystems für eine bestimmte Anwendung:
- Vom Speichersystem beanspruchtes Volumen
- Speichermenge von Wasserstoff
- Gewicht des Lagersystems
- Transportierbarkeit des Wasserstoffspeichersystems
- Ausgangsdruck und Temperatur des gespeicherten Wasserstoffs
- In den gespeicherten Wasserstoff eingebrachte Verunreinigungen
- Benötigte Energie, die vom Speichersystem aufgenommen wird
- Energiebedarf für die Einbringung und Entnahme von Wasserstoff aus dem Speichersystem
Liste einiger Anbieter von Wasserstoff Speichersystemen
Die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die folgenden Anbieter bieten derzeit komplette Wasserstoffspeichersysteme an:
- Fortgeschrittene strukturelle Technologien
- Luftprodukte
- Air Liquide
- BayoTech
- Halterung der Zylinder
- DEVINN
- Linde
- Sino Energie
- Voith
Ein System zur Speicherung von Wasserstoff besteht immer aus Tanks, Ventilen und Sensoren, die grundlegende Funktionen im Zusammenhang mit der Speicherung von Wasserstoff erfüllen. Darüber hinaus erfordert die Art des Systems verschiedene andere Komponenten wie Kompressoren und Filter, die für den jeweiligen Speichertyp spezifisch sind.
Letzte Aktualisierung: 15.1.2023