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Chemische Wasserstoffspeicherung

Hintergrund

Die Nutzung von Wasserstoff als alternativen chemischen Energieträger erfordert eine effiziente und kostengünstige Speicherung, sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen. Die chemische Speicherung von Wasserstoff bietet hierfür gegenüber Druckspeichern und Kryospeichern vielversprechende Vorteile, wie eine hohe volumetrische Kapazität bei moderaten Speicherdrücken und Temperaturen. Die chemischen Speicherung von Wasserstoff ist dabei immer mit einer Wärmetönung verbunden, d.h. zur Freisetzung des Wasserstoffs muss thermische Energie zugeführt werden. Dies führt zum einen zu einem sicheren Einschluss des Wasserstoffs im Hydrid, zum anderen ergeben gleichzeitig aus der Nutzung der Wärmetönung unterschiedliche zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten, bspw. für das Thermomanagement von Fahrzeugen.

Funktionsweise
Zur chemischen Speicherung von Wasserstoff werden reversible Reaktionen zwischen einem Feststoff und gasförmigem Wasserstoff eingesetzt. Die Einlagerung von Wasserstoff (Hydridbildung) ist dabei ein exothermer Prozess, bei dem die entstehende Wärme abgeführt werden muss. Die Rückreaktion hingegen ist endotherm, d.h. Wasserstoff wird nur freigesetzt, wenn ausreichend Wärme zugeführt werden kann. Dies führt zwar zu einem inhärent sicheren Einschluss des Wasserstoffgases in der Hydridverbindung, stellt jedoch. auch hohe Anforderungen an die Speicherauslegung. Dies gilt insbesondere für den mobilen Bereich, da hier kurze Betankungszeiten realisiert werden müssen.

Einsatzbereiche
Für mobile Anwendungen zur On-board H₂-Speicherung im Fahrzeug ist eine schnelle Beladungsdynamik bei der Betankung sowie eine hohe gravimetrische Speicherdichte des Systems von Bedeutung. Zur Bereitstellung des Wasserstoffs kann die Abwärme aus  dem Energiewandler (zum Beispiel aus der Brennstoffzelle oder dem Verbrennungsmotor) genutzt werden.
Neben der mobilen Anwendung können Wasserstoffsorptionsspeicher auch bei der dezentralen H₂-Erzeugung als inhärent sichere Pufferspeicher oder zur Reinigung von Gasgemischen eingesetzt werden.

Wissenschaftliche Schwerpunkte

• Entwicklung von Konzepten zur Verbesserung des Wärme- und Stofftransports im Speicher
• Bestimmung der Reaktionsdynamik des Speichers und Untersuchung der wesentlichen Einflussgrößen
• Erstellung von Simulationsmodellen zur Speicherauslegung unter Berücksichtigung des Wärme- und Stofftransports im Speicher
• Experimentelle Verifizierung der Modelle und Bewertung unterschiedlicher Reaktorkonzepte
• Experimentelle Kopplung von angepassten Wasserstoffspeichern und Energiewandlern (bspw. Brennstoffzellensystemen)