Ein zwölfmonatiges Forschungsprojekt der AZL Aachen GmbH zeigt neue Wege zur Verbesserung von Wasserstofftanks mit Hochdrucktechnologie auf. Gemeinsam mit 25 Industrieunternehmen untersuchten die Ingenieure Optimierungsmöglichkeiten für Transport und Speicherung von Wasserstoff. Die Ergebnisse versprechen einen erheblichen Leistungsgewinn: Die Wasserstoff-über-Tank-Gewichts-Effizienz könnte von derzeit üblichen 6-7% auf über 11% gesteigert werden.
Das Projekt „Trends & Design Factors for Hydrogen Pressure Vessels“ analysierte verschiedene Aspekte der Druckbehälterentwicklung – von Materialien über Konstruktion bis hin zu Fertigungstechnologien. „Unser Expertenteam entwickelte CAE-Modelle für zwölf verschiedene Layouts eines zwei Meter langen 350-Liter-Druckbehälters vom Typ IV“, erklärt Warden Schijve, Design Leader bei AZL. Die Modelle berücksichtigten dabei verschiedene Harz- und Fasertypen und unterschiedliche Konstruktionsvarianten für Anwendungen mit 700 bzw. 350 bar Druck.
Besonderes Augenmerk lag auf der Kombination von Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Das Projektteam untersuchte, wie sich Gewicht und Kosten der Behälter ohne Abstriche bei den Sicherheitsstandards reduzieren lassen. Dabei wurden auch hybride Faserkombinationen und innovative Verstärkungstechnologien getestet.
Interesse aus der Industrie
Die Projektergebnisse stoßen in der Industrie bereits auf großes Interesse. „Die gewonnenen Erkenntnisse bieten eine starke Grundlage, um mit neuen Technologien die Anforderungen der Wasserstoffwirtschaft zu erfüllen“, so Celal Beysel, Vorstandsvorsitzender der türkischen Floteks Plastik San. Tic. A.Ş. Das Unternehmen reagiert auf die vielversprechenden Marktaussichten mit der Gründung einer neuen Firma: Pressura soll sich auf die Produktion von Typ IV-Druckbehälter für Busse und Lkw konzentrieren.
Die vollständigen Projektergebnisse sind in einem 550-seitigen Bericht dokumentiert, der im November 2024 vorgestellt wurde. Interessierte Unternehmen können sich für weitere Informationen direkt an die AZL Aachen GmbH wenden.
Wasserstofftanks als Schlüsselelement der H2-Wirtschaft
Faserverstärkte Druckbehälter sind ein Schlüsselelement der Wasserstoffwirtschaft, denn derzeit sind sie das verbreitetste Speichermittel für mobile Anwendungen wie Fahrzeuge und stationäre Speicher. Die Optimierung von Gewicht und Kosten gilt als wichtiger Faktor für die weitere Verbreitung der Wasserstofftechnologie. Daher forschen zahlreiche Unternehmen zu dem Thema, etwa die Schweizer EDAG Group.
Bei der Herstellung moderner Wasserstoffdrucktanks (Typ IV) wird zunächst ein Kunststoff-Liner als innere Dichtschicht gefertigt, meist aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) oder Polyamid. Dieser wird anschließend in einem automatisierten Wickelprozess mit Carbonfasern umwickelt, die in einer Epoxidharz-Matrix eingebettet sind. Die Fasern nehmen dabei die mechanischen Lasten auf, während der Liner die Dichtigkeit gewährleistet.
Konventionelle Drucktanks erreichen typischerweise einen volumetrischen Wasserstoffgehalt von 40-45 g/L bei 700 bar Betriebsdruck. Die Produktionskosten hängen dabei maßgeblich von den verwendeten Carbonfasern ab, die etwa 60-70% der Materialkosten ausmachen. Neben dem Gewicht der Tanks selbst ist auch der Energieaufwand bei der Wasserstoffkompression wichtig für die Gesamteffizienz. Etwa 10-15% des Energieinhalts des gespeicherten Wasserstoffs wird für die Kompression benötigt.
