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.
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