Teilprojekt: Simulation und Bewertung

Schon seit langem wird Wasserstoff als Kraftstoff für eine erneuerbare Mobilität gesehen. Hierbei zeichnen sich Brennstoffzellenfahrzeuge gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen besonders durch zwei Eigenschaften aus. Zum einen erreichen Wasserstofffahrzeuge eine deutlich größere Reichweite und zum anderen erlauben sie ähnlich schnelle Betankungszeiten wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Dazu werden in den bisher entwickelten Wasserstofffahrzeugen in der Regel Drucktanks mit 350 oder 700 bar eingesetzt. Aufgrund der hohen Drücke müssen diese Tanks aus CFK gefertigt werden und für die Komprimierung des Wasserstoffs wird viel Energie benötigt. In dem Verbundprojekt „HyScore“ sollen deshalb neuartige Metallhydrid-Tanks entwickelt werden, die es ermöglichen den Wasserstoff günstiger und leichter zu speichern.

Mit Metallhydriden zur Wasserstoffspeicherung können im Vergleich zu anderen Speicheroptionen relativ große volumetrische Energiedichten erreicht werden, da die Wasserstoffatome sich in einem Metallgitter erheblich dichter packen lassen als es z. B. bei komprimiertem Wasserstoff der Fall ist. Die aktuell untersuchten Metallhydride haben jedoch eine große Masse. Daher soll in diesem Projekt ein Verbundmaterial aus Leichtmetallhydriden, nanoporösem Kohlenstoff und einer nanoporösen Polymermatrix entwickelt werden, dass bei der volumetrischen und auch der gravimetrischen Energiedichte den aktuellen Druck- und Metallhydrid-Speichern überlegen ist.

Als Leichtmetallhydrid, welches die eigentliche Wasserstoffspeicherung in dem Verbundwerkstoff übernimmt, soll z. B. eine Legierung aus Lithium, Magnesium und Bor getestet werden. Diese wird zu Partikeln im Nanometer-Bereich zermahlen und zunächst in die Poren des porösen Kohlenstoffs sowie anschließend in die Poren des Polymers eindiffundiert. Hierbei übernimmt der Kohlenstoff den Wärmetransport in dem Werkstoff und das Polymer sorgt für eine Stabilisierung des Materials sowie für eine gute Wasserstoffversorgung der Leichtmetallhydride.

Am Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE) werden die im Rahmen dieses Projektes neu entwickelten Materialen simuliert und bewertet. Anhand dieser Simulationen wird ein optimiertes Tankdesign sowohl für den Versuchstand als auch für den abschließend zu bauenden Demonstratortank entworfen. Hierzu werden FEM-Simulationen des Speichers erstellt, mit deren Hilfe die inneren Speicherstrukturen für den Wärme- und Stofftransport optimiert werden. Außerdem soll eine Systemsimulation für ein gesamtes Speichersystem beispielsweise eines Fahrzeuges von der Brennstoffzelle über den Wasserstoffspeicher bis zum Tanken des Wasserstoffs erarbeitet werden.Hierbei soll das Zusammenspiele der einzelnen Bauteile untereinander weiter verbessert werden und ein gemeinsames Optimum erreicht werden.

Das Projekt wird von Prof. Dr. Michael Fröba (Institut für Anorganische und Angewandte Chemie der Universität Hamburg (UHH) koordiniert. Weitere Partner sind das Institut für Polymerforschung sowie das Institut für Werkstoffforschung (beides HZG), das IUE der TUHH sowie als industrieller Partner die Zoz GmbH aus Wenden.

Förderkennzeichen: 03SF0532C