Zu den derzeit gängigsten Wasserstoffspeichertechnologien zählen die Hochdruck-Gasspeicherung, die kryogene Flüssigspeicherung und die Feststoffspeicherung. Die Hochdruck-Gasspeicherung hat sich dabei aufgrund ihrer geringen Kosten, der schnellen Wasserstoffbetankung, des geringen Energieverbrauchs und der einfachen Struktur als ausgereifteste Technologie etabliert und wird daher bevorzugt eingesetzt.
Vier Arten von Wasserstoffspeichertanks:
Neben den neuen Vollverbundtanks vom Typ V ohne Innenauskleidung sind vier Arten von Wasserstoffspeichertanks auf den Markt gekommen:
1. Ganzmetalltanks Typ I: Diese Tanks bieten ein größeres Fassungsvermögen bei Betriebsdrücken von 17,5 bis 20 MPa und sind kostengünstiger. Sie werden in begrenzten Mengen für CNG-Lkw und -Busse (Compressed Natural Gas) verwendet.
2. Metallbeschichtete Verbundtanks Typ II: Diese Tanks kombinieren Metallauskleidungen (typischerweise Stahl) mit ringförmig gewickelten Verbundwerkstoffen. Sie bieten ein relativ großes Fassungsvermögen bei Betriebsdrücken zwischen 26 und 30 MPa bei moderaten Kosten. Sie werden häufig für CNG-Fahrzeuge eingesetzt.
3. Typ III-Verbundtanks: Diese Tanks zeichnen sich durch ein geringeres Fassungsvermögen bei Betriebsdrücken zwischen 30 und 70 MPa, eine Metallauskleidung (Stahl/Aluminium) und höhere Kosten aus. Sie finden Anwendung in leichten Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen.
4. Verbundtanks mit Kunststoffauskleidung Typ IV: Diese Tanks bieten ein geringeres Fassungsvermögen bei Arbeitsdrücken zwischen 30 und 70 MPa und sind aus Materialien wie Polyamid (PA6), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyesterkunststoffen (PET) gefertigt.
Vorteile von Wasserstoffspeichertanks vom Typ IV:
Derzeit sind Tanks des Typs IV auf den Weltmärkten weit verbreitet, während Tanks des Typs III den Markt für kommerzielle Wasserstoffspeicherung noch immer dominieren.
Es ist bekannt, dass bei einem Wasserstoffdruck von über 30 MPa eine irreversible Wasserstoffversprödung auftreten kann, die zur Korrosion der Metallauskleidung und zu Rissen und Brüchen führt. Dies kann potenziell zu einem Wasserstoffleck und einer anschließenden Explosion führen.
Zudem besteht zwischen Aluminiummetall und Kohlefaser in der Wickelschicht ein Potenzialunterschied, der den direkten Kontakt zwischen Aluminiumauskleidung und Kohlefaserwicklung anfällig für Korrosion macht. Um dies zu verhindern, haben Forscher zwischen Auskleidung und Wickelschicht eine Entladungskorrosionsschicht angebracht. Dies erhöht jedoch das Gesamtgewicht der Wasserstoffspeichertanks und erhöht die logistischen Schwierigkeiten und Kosten.
Sicherer Wasserstofftransport: Eine Priorität:
Im Vergleich zu Tanks des Typs III bieten Wasserstofftanks des Typs IV erhebliche Sicherheitsvorteile. Erstens verwenden Tanks des Typs IV nichtmetallische Auskleidungen aus Verbundwerkstoffen wie Polyamid (PA6), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyesterkunststoff (PET). Polyamid (PA6) bietet hervorragende Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt (bis zu 220 °C). Polyethylen hoher Dichte (HDPE) weist eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Spannungsrissbeständigkeit, Zähigkeit und Schlagzähigkeit auf. Durch die Verstärkung mit diesen Kunststoffverbundwerkstoffen weisen Tanks des Typs IV eine überlegene Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und Korrosion auf, was zu einer längeren Lebensdauer und verbesserter Sicherheit führt. Zweitens reduziert das geringe Gewicht der Kunststoffverbundwerkstoffe das Gewicht der Tanks und senkt so die Logistikkosten.
Abschluss:
Die Integration von Verbundwerkstoffen in Wasserstoffspeichertanks des Typs IV stellt einen bedeutenden Fortschritt hinsichtlich Sicherheit und Leistung dar. Die Verwendung nichtmetallischer Auskleidungen wie Polyamid (PA6), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyesterkunststoffen (PET) verbessert die Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und Korrosion. Darüber hinaus trägt das geringe Gewicht dieser Kunststoffverbundwerkstoffe zu Gewichtsreduzierung und geringeren Logistikkosten bei. Da sich Typ-IV-Tanks auf dem Markt immer weiter verbreiten, während Typ-III-Tanks weiterhin dominieren, ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von Wasserstoffspeichertechnologien entscheidend, um das volle Potenzial von Wasserstoff als saubere Energiequelle auszuschöpfen.
Veröffentlichungszeit: 17. November 2023