Hydrogen Tank Zertifizierung
Wasserstoff im DLR
Forschungsprojekt: HYTAZER
Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger anstelle von fossilen Brennstoffen ist eine vielversprechende Möglichkeit, die Emissionen im Mobilitätsbereich zu reduzieren. Das Projekt "Hydrogen Tank Zertifizierung" trägt dazu bei, die Nutzung von Wasserstoff nicht nur in der Schifffahrt sondern auch in anderen Verkehrssystemen wie Eisenbahn, Automobil, Luft- und Raumfahrt zu ermöglichen.
Alternativer Energieträger
Wasserstoff ist ein vielversprechender Energieträger, der eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen und somit Emissionen im Mobilitätssektor reduzieren kann. Je nach Anwendung sind unterschiedliche Wasserstoffspeichertechnologien möglich. Im Bereich des Landverkehrs dominieren derzeit Hochdrucktanks für die Gasspeicherung, während für die Luftfahrt und Schifffahrt die Speicherung von flüssigem Wasserstoff (LH2) erforscht wird. Weitere Optionen sind die kryogene Hochdruckspeicherung und der Metallhydridspeicher. Voraussetzung für die Nutzung von Wasserstoff ist neben der technologischen Reife des Speichersystems auch die Zertifizierung der Tanks, die für eine breite Nutzung von Wasserstoff von entscheidender Bedeutung ist.
Entwicklung von Richtlinien
Für den Einsatz von Flüssigwasserstoff oder Metallhydrid in der Luft- und Schifffahrt sind die entsprechenden Vorschriften und Richtlinien sowie die Methoden und Verfahren zur Überprüfung nicht vorhanden und müssen entwickelt werden. Für die gasförmige Hochdruckspeicherung gibt es bereits Zulassungsrichtlinien, aber auch bei diesen Tanksystemen besteht - wie bei der kryogenen Speicherung - die Notwendigkeit, Gewicht einzusparen und die Kosteneffizienz zu erhöhen. Dies erfordert die Forschung und kritische Prüfung maritmer Zulassungsrichtlinien und -methoden.
Projektziele
Das Projekt "Hydrogen Tank Zertifizierung" (HYTAZER) hat sich zum Ziel gesetzt, Lösungen für alle Aspekte zu bieten, die für die Zertifizierung eines Wasserstofftanksystems relevant sind. Auf diese Weise kann das Gesamtziel erreicht werden, eine breite Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen Verkehrssystemen wie Luft- und Raumfahrt, Eisenbahn, Automobil und Schifffahrt zu ermöglichen.
Das Institut für Maritime Energiesysteme ist hauptsächlich an vier verschiedenen Aspekten beteiligt, die den Schifffahrtssektor in das Projekt integrieren. Diese umfassen die theoretischen und praktischen Aspekte künftiger Speichersysteme. Nicht nur neuartige Kraftstoffe wie LH2 und CH2, sondern auch andere potenzielle Kraftstoffe wie NH3, CH3OH, LOHC werden erforscht, um eine breite Nutzung in der Schifffahrt zu ermöglichen.
Projektschwerpunkte |
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LH2- und CH2-Tanksysteme in der Schifffahrt |
Entwicklung von Kraftstoffempfehlungen für bestimmte Schiffstypen, einschließlich der Ermittlung von Regelungslücken |
Datenanalyse der Testergebnisse und Validierung der numerischen Modelle und der digitalen Zwillinge |
Verwendung neuartiger Kraftstoffe in Tanksystemen für den terrestrischen und maritimen Bereich |
Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelt das Institut eine Demonstrationsanlage zur Erforschung neuartiger Infrastrukturen für die Kraftstofflagerung in einer realen Umgebung. Die Anlage wird modulare Tests einzelner Komponenten des maritimen Energiesystems mit dem tatsächlichen Kraftstoff unter realitätsnahen Bedingungen ermöglichen. Mit einem Hexapod kann die Schiffsbewegung simuliert und eine salzhaltige Atmosphäre erzeugt werden. So sind beispielsweise Ermüdungstests von Rohren und Schläuchen oder Funktionstests von Pumpen und Ventilen möglich. Diese Kombination aus kryogenen Temperaturen, realistischen Belastungen und Umgebungsbedingungen ist eine einzigartige Gelegenheit zur Prüfung und Validierung von Komponenten.
Zertifizierung von Wasserstofftanks
Methoden und Verfahren, die die Einhaltung der in den Zertifizierungsspezifikationen festgelegten Anforderungen nachweisen, werden auf geeignete Anwendungsfälle zugeschnitten, weiterentwickelt und demonstriert. Bei den betrachteten Tanksystemen handelt es sich um Tieftemperatur- und Hochdrucklagersysteme sowie deren Kombination. Für die Tanks werden verschiedene Materialsysteme aus Metall und Verbundwerkstoffen betrachtet.
Ausgangspunkt für die Forschungsarbeiten im Rahmen von HYTAZER ist die breite Erfahrung mehrerer DLR-Institute aus den Bereichen Raumfahrt und Automotive, in denen LH2- und Hochdruckspeicher eingesetzt werden und bereits Ansätze zur Zertifizierung existieren. Für alle Wasserstoffspeichersysteme wird im spezifischen Kontext der Anwendung in einem Verkehrssystem der aktuelle Stand der Zertifizierungsspezifikation überprüft und der Bedarf an Anpassung, Erweiterung oder Ableitung neuer Spezifikationen identifiziert.
Die Möglichkeit des Einsatzes von simulationsbasierten Ansätzen zum Nachweis der Einhaltung der Zertifizierungsanforderungen wird analysiert. Damit lässt sich auch abschätzen, wie viele Experimente und Kosten im Zertifizierungsprozess eingespart werden könnten. Dabei lässt sich auch das Potenzial von Kosten- und Gewichtseinsparungen abschätzen, was wiederum einen umfassenden Einsatz von Wasserstoff in Verkehrssystemen ermöglicht.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die Zusammenarbeit mehrerer Institute im Rahmen von HYTAZER, die die Kompetenzen aller Programmbereiche des DLR bündelt, gewährleistet den Transfer von Wissen und Erfahrungen zu Zertifizierungsverfahren für unterschiedliche Verkehrssysteme. Darüber hinaus werden Synergien aus früheren und laufenden Projekten im DLR genutzt.
