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Wasserstoff

Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR)

 

Speicherung von Wasserstoff


Man unterscheidet grundsätzlich drei unterschiedliche Speicherungsmöglichkeiten von Wasserstoff: gasförmig in Druckbehältern, flüssig in vakuumisolierten Behältern und als Einlagerung in Metallen auf molekularer Ebene.

1. gasförmiger Wasserstoff in Druckbehältern

Kleinere Mengen gasförmigen Wasserstoffs lassen sich in Druckgasflaschen speichern. Je höher der Druck ist, desto größer ist auch die Speicherdichte. Üblicherweise wird gasförmiger Wasserstoff bei einem Druck zwischen 200 (0,5 kWh/l) und 300 bar (0,8 kWh/l) in Druckbehältern gespeichert. Tanks für einen Druck von 700 bar befinden sich derzeit im Entwicklungsstadium. Für die Zukunft stellt die Entwicklung leichterer Behälter eine Herausforderung dar, denn die Druckbehälter können aufgrund ihrer Beschaffenheit sehr schwer werden.

2. flüssiger Wasserstoff in vakuumisolierten Behältern

Kalter, flüssiger Wasserstoff wird in stationären oder mobilen Spezialtanks (Kryotanks) gespeichert. Bei einer Temperatur von -253° C beansprucht flüssiger Wasserstoff nur noch etwa ein Fünftel des Volumens als im gasförmigen, komprimierten Zustand. Die Speicherdichte liegt bei 2,13 kWh/l. Die Speicherung des Wasserstoffs im flüssigen Zustamd ist besonders für den Einsatz im mobilen Bereich interessant. Jedoch ist der mehrstufige Abkühlungsprozess sehr energieaufwendig. Der zusätzliche energetische Aufwand für diese Kühlung beträgt ca. ein Drittel der letztlich gespeicherten Energie.

3. Einlagerung von Wasserstoff in Metallhybriden oder Kohlenstoff-Nanoröhren

Aus der Automobilforschung entwickelte sich die Methode, Wasserstoffatome in festen und einfach zu handhabenen Metallkörpern (Metallhybridspeicher) zu speichern. Die Speicherdichte beträgt 1-1,5 kWh/l und ist somit höher als im flüssigen Zustand. Metallhybride entstehen aus verschiedenen Metallen (z.B. Aluminium, Magnesium, Palladium), die unter erhöhtem Druck und unter Abgabe von Wärme Wasserstoffatome wie ein Schwamm aufsaugen. Dabei lagern sich der Wasserstoff in das Kristallgitter der Metalle ein und wird so chemisch gebunden. Je höher der Umgebungsdruck bei diesem Vorgang ist, desto höher ist auch die Wasserstoffkonzentration im Kristallgitter.

Zur Wiedergewinnung der gespeicherten Energie muss Wärme wieder zugeführt werden. Aus dieser umgekehrten Reaktion bilden sich wieder die Ausgangsmaterialien Wasserstoff und die Metalle bzw. Legierungen. Je nach Anwendungsgebiet kann durch die Verwendung unterschiedlicher Legierungen das jeweils beste Verhältnis von Druck- und Temperaturniveau erreicht werden.

Effizientere Systeme mit Kohlenstoff- und Nanofasern befinden sich im Moment in der Erprobung. Wasserstoff wird hierbei zwischen mehreren Lagen Grafitfasern molekular eingelagert. Jedes Gramm Kohlenstoff ergibt ca. 30 Liter Wasserstoff. Damit sind Grafit-Nanofasern in der Lage 75% des Eigengewichts in Wasserstoff zu speichern. Die Betankung des Speichers verläuft ebenfalls unter hohem Druck (ca. 136 bar). Der Druck im Inneren des Speichers beträgt 40 bis 50 bar. Bisher dauert die Speicherung bei diesem Prinzip allerdings noch 4 bis 24 Stunden und kann nur vier bis fünf Mal wiederholt werden. Danach verliert die Fasern ihre Fähigkeit, weiteren Wasserstoff aufzunehmen und sind verbraucht.

Copyright: IWR - Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien 2005

 

 

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