Pulverförmiges Metallhydrid bei der Befüllung eines Reaktors
Quelle: DLR.
Untersuchung von gekoppelten Metallhydridreaktoren zur thermochemischen Vorheizung von Komponenten in der mobilen Anwendung
Quelle: DLR..
Wasserstoffspeicherung bei geringen Drücken in Magnesiumhydroxid: Zur Optimierung des Thermomanagements wird die Reaktion mit der thermochemischen Reaktion in Magnesiumhydroxid zu einem adiabaten Gesamtsystem gekoppelt.
Quasi-kontinuierlich arbeitende Metallhydridreaktoren zur Umwandlung von ungenutzter potentieller Energie zwischen einem Drucktank und einer Brennstoffzelle in einen Kühl- bzw. Heizeffekt.
Zur Weiterentwicklung von Reaktoren werden 3D Druck Verfahren eingesetzt.
Sekundenschnelle Vorheizung mit Metallhydrid
Hintergrund
Für ein effizientes und umweltfreundliches Fahrzeug von Morgen werden am DLR sowohl sichere Wasserstoffspeicher als auch die Heizung/Klimatisierung aus Überschussenergie auf Basis von Metallhydriden untersucht.
Metallhydride entstehen, wenn gasförmiger Wasserstoff sich mit Metallen verbindet. Durch diesen beliebig oft wiederholbaren wärmegetönten Prozess wird Wasserstoff sicher gespeichert und es kann Wärme oder Kälte erzeugt werden. Um diese Effekte für die Speicherung oder Klimatisierung nutzbar zu machen, werden thermochemische Hochleistungsreaktoren benötigt, die eine schnelle Gasbereitstellung und eine sehr gute Wärmeübertragung ermöglichen.
Die sichere Speicherung von gasförmigem Wasserstoff ist sowohl für stationäre wie auch für mobile Anwendungen sehr wichtig. Wichtige Vorteile der Technologie im Vergleich zu Drucktankanwendungen sind dabei das geringe benötigte Speichervolumen sowie geringe Arbeitsdrücke von < 30 bar. Eine Herausforderung stellt das Wärmemanagement dar, das beispielsweise durch die Kopplung mit einer Brennstoffzelle oder auch durch die Kombination mit einem Wärmespeichermaterial realisiert werden kann.
Wärme oder Kälte können in diesen thermochemischen Energiespeichern verlustfrei gespeichert und auf Knopfdruck freigesetzt werden. Durch das Druckniveau auf dem der Wasserstoff bereitgestellt wird kann dabei das Temperaturniveau der Wärme-/Kälteerzeugung kontrolliert werden. Diese Druckenergie im Wasserstofftank steht sowieso zur Verfügung und wird bisher nicht genutzt. Durch die Integration in die Wasserstoffinfrastruktur von Brennstoffzellenfahrzeugen können solche Klimatisierungs-Komponenten einen wichtigen Beitrag zu einem effizienten Thermomanagement für Elektrofahrzeuge (BZ und Batterie) leisten.
Funktionsweise
Zur chemischen Speicherung von Wasserstoff werden reversible Reaktionen zwischen einem Feststoff (Metall-Legierung) 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 zu einem inhärent sicheren Einschluss des Wasserstoffgases in der Hydridverbindung.
Eine weitere wichtige Charakteristik dieser Reaktion ist ein direkter Zusammenhang zwischen Reaktionstemperatur und -druck. In einer bestehenden H2-Infrastruktur, wie beispielsweise in einem Brennstoffzellenfahrzeug, kann dieser Effekt für einen innovativen Druckminderer genutzt werden: Auf dem Eintritts-Druckniveau wird Wärme frei, während auf tiefem Ausgangs-Druckniveau ein Kälteeffekt erzielt wird.
Für die Anwendung ist die Entwicklung von Reaktoren mit hoher spezifischer Leistungsfähigkeit bei geringem Reaktorgewicht von besonderer Bedeutung. Für das Thermomanagement müssen Reaktoren entwickelt werden, die die schnelle Wärmefreisetzung der Reaktion sehr gut in den gewünschten Nutzen umsetzen.
Einsatzbereiche
Wissenschaftliche Schwerpunkte