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Im Rahmen des BOR4STORE-Projektes untersuchte Metallhydridspeicher HZG HyTech-Labor FCH JU

Im Rahmen des BOR4STORE-Projektes untersuchte Metallhydridspeicher

Bestimmte Metalle und Legierungen sind in der Lage, gasförmigen Wasserstoff aufzunehmen und zu binden. Hierbei erfolgt in den in Bor4Store untersuchten Materialien eine chemische Verbindung des Wasserstoffs mit den Bor-Metall-Verbindungen in Form eines feinen Granulats oder Pulvers, ähnlich einer Verbrennung mit Sauerstoff – nur eben mit Wasserstoff, und im Allgemeinen unter Erzeugung von Wärme.

Da diese Reaktionen umkehrbar sind, kann man durch Zufuhr der vorher abgegebenen Wärmeenergie den Wasserstoff zurückgewinnen. Bei optimaler Abstimmung zwischen Metallhydridtank und Brennstoffzelle wird keine zusätzliche Energie benötigt, da die Brennstoffzelle dann ausreichend Wärme für die Wasserstoffabgabe erzeugt.

Durch die Speicherung bei moderaten Drücken von unter 100 bar bzw. ohne die Notwendigkeit der Verflüssigung des Wasserstoffs minimiert die Festkörperspeicherung sonst notwendige, hohe Energiekosten und wird bei Lebensdauern von über 1000 Be- und Entladezyklen konkurrenzfähig zu anderen Speichermethoden, wenn man die gesamten Lebenszykluskosten mit einbezieht.

Das Speichern von Wasserstoff in Metallhydriden erlaubt eine weitestgehend verlustfreie Speicherung über einen langen Zeitraum ohne zusätzlichen Energieaufwand, da das Gas chemisch gebunden ist und nicht entweichen kann. Auch für die Sicherheit sind Metallhydridspeicher wesentlich geeigneter als Druckgas- oder Flüssigwasserstoffspeicher, da der Wasserstoff nicht explosionsartig entweichen kann. Problematisch für den Fahrzeugbau dagegen ist die Tatsache, dass die heute verfügbaren Metallhydridspeicher nur über eine geringe massenspezifische Speicherdichte verfügen und somit sehr schwer sind.

Ein Metallhydridtank, der einem 50 Liter Benzin fassenden herkömmlichen Tank entsprechen soll, würde, wenn man die z.B. in den deutschen Brennstoffzellen-U-Booten eingesetzten Metallhydride verwendete, mehr als eine viertel Tonne wiegen. Ein zusätzliches Problem ist, dass je nach Legierung zur Freisetzung des Wasserstoffs mittlere bis sehr hohe Temperaturen von mehreren 100°C erforderlich sind. Daher werden in Bor4Store neuartige Hydride mit bis zu 9fach erhöhter gewichtsbezogener Kapazität und Möglichkeiten zur Absenkung der Wasserstoffabgabetemperaturen untersucht.

Diese liegen gegenwärtig noch bei Temperaturen von über 250°C, bei den Hydriden mit höchster Kapazität bei bis zu 450°C. Daher ist ein Schwerpunkt in Bor4Store die Integration mit einer SOFC, deren Arbeitstemperatur von 650 bis zu 1000°C auf jeden Fall ausreichend Wärme für die Wasserstoffabgabe zur Verfügung stellt.

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HZG HyTech-Labor

Die Techniker des Helmholtz-Zentrums haben speziell zur Charakterisierung von Wasserstofftanks ein neues Testlabor, das HyTech-Labor, aufgebaut. Dabei wurde, mit Unterstützung der DEKRA, der Explosions- und Brandschutz besonders beachtet. Die Zertifizierung wird angestrebt. In diesem Labor können Prototyp- und Serien-Wasserstofftanks in einem speziell geschützten Laborraum bei Tanktemperaturen zwischen Raumtemperatur und 180°C, Wasserstoffflüssen bis 2500 Normliter/min und -drücken von Vakuum bis 160bar be- und entladen werden. Die Temperierung der Tanks wird dabei über ein spezielles Wärmeträgeröl geregelt, das die Tanks umspült. In einer weiteren, kleineren Teststation können Tanks – mit speziellen Heizmanschetten – bis 400°C untersucht werden.

In diesen Tank-Test-Anlagen wurden bereits z.B. Raumtemperatur-Hydrid-Tanks für die FORTIS Saxonia Experimentalfahrzeuge SAX3 und NIOS, ein im Rahmen des Europäischen STORHY-Projekts gebauter Tank mit einem Inhalt von 8 kg Natriumalanat, ein im Rahmen des NESSHY-Projektes optimiertes Natriumalanat-Tankmodul (4,5 kg Speichermaterial) und ein kleinerer Tank mit 250 g Bor basiertem Reaktivem Hydrid Komposit als Speichermaterial getestet.

FCH JU

Das aus einer Europäischen Technologieplattform hervorgegangene Gemeinschaftsunternehmen Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) ist eine öffentlich-private Partnerschaft zur Unterstützung von Forschung, technologischer Entwicklung und Anwendung der Brennstoffzellen-und Wasserstoff -Technologie in Europa.

Das Ziel ist es, die Markteinführung dieser Technologien zu beschleunigen. Das FCH JU ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen Vertretern aus Wirtschaft, Wissenschaft, Behörden, Unternehmen den Nutzern und der Zivilgesellschaft im Rahmen der European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform. Die Plattform wurde im Rahmen des 6. Rahmenprogramms für Forschung (RP6, bis 2007) ins Leben gerufen. Das FCH JU wurde am 30.5.2008 offiziell gegründet. Gegenwärtig wird von allen Beteiligten die Weiterführung des FCH JU im Rahmen des nächsten Forschungsrahmenprogramms der EU "Horizon 2020" diskutiert.

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