LeiWaCo - Leichtbau-Tanks für kryogenen Wasserstoff zum Einsatz in ...
LeiWaCo - Leichtbau-Tanks für kryogenen Wasserstoff zum Einsatz in einer modularen, container-basierten Versorgungseinheit
Die Anwendung von Wasserstoff als Energiespeicher und Energieträger wird als ein Schlüsselelement für das Gelingen der Energiewende eingeschätzt, wie in der nationalen Wasserstoffstrategie beschrieben. Ein wichtiger Aspekt ist dabei der Aufbau einer Infrastruktur für den Transport von Wasserstoff.
Neben dem großmaßstäblichen Transport über Pipelines besteht in nahezu allen Branchen auch ein signifikanter Bedarf an Lösungen für örtlich flexible Wasserstofftransporte in kleinerem Maßstab, z.B. im Bereich der Tankstellenversorgung, im Rangierbetrieb von Schienenfahrzeugen sowie in der Hafen- und Flughafenlogistik. Aktuell kommen dafür vorwiegend Lkw mit Druckgasspeichern in Form von sogenannten Großflaschen zum Einsatz. Die typische Kapazität eines derartigen Lkw beträgt aktuell ca. 500 kg Wasserstoff, so dass diese Variante für den Transport kleiner und mittlerer Mengen Wasserstoffs geeignet ist. Für größere Mengen und längere Transportstrecken erlauben Flüssigwasserstofftanks deutliche Effizienzsteigerungen, auch wenn ein zusätzlicher Energieverbrauch für die Verflüssigung anfällt. Bisherige Lösungen mit Tanks aus Edelstahl haben sich jedoch noch nicht breit durchsetzen können.
Ziel des Projektes ist es daher, einen kostengünstigen und gleichzeitig hochfesten LeichtbauWasserstofftank aus Faserverbundwerkstoffen für Flüssigwasserstoff zu entwickeln mit dem Anwendungsziel des Einsatzes in einer neuen, branchenübergreifend einsetzbare Logistiklösung in Form einer containerbasierten Transport- und Versorgungseinheit. Daneben betrachtet das branchenübergreifend aufgestellte Konsortium aber auch die Adaption der entwickelten Technologien für Tanks in den Bereichen Straßenverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr und Luftfahrt.
Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung von kryogenen Faserverbundtanks ist die Dichtigkeit, die durch thermisch induzierte Mikrorisse im Material beeinträchtigt wird. Dies soll im Projekt durch einen neuartigen Ansatz verhindert werden: Die Verwendung thermoplastischer Materialien in Kombination mit der Anwendung der Dünnschichttechnologie. Hierfür werden neue Fertigungsmethoden für das Halbzeug, Prüfmethoden, Konstruktions- und Berechnungsmethoden sowie entsprechende Fertigungstechnologien entwickelt.
Im Vergleich zu den bisherigen Großflaschen soll der im Vorhaben zu entwickelnde Tank die folgenden Leistungssteigerungen erreichen:
- Steigerung der Kapazität von ca. 500 kg auf 2500 kg
- Begrenzung des Gewichts für den gesamten Container auf 10 t
Im Vergleich zu existierenden metallischen Tanks für flüssigen Wasserstoff verspricht der Tank aus Faserverbundwerkstoffen folgende Vorteile:
- Geringere Fertigungskosten aufgrund des hocheffizienten Wickelverfahrens mit in-situ Konsolidierung
- Ein verringertes Gewicht bei gleichem Innendruck des Tanks
- Keine Wasserstoffversprödung, welche häufig an Schweißverbindungen auftritt
- Eine gesteigerte Druckfestigkeit durch die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen erlaubt einen höheren Druck im Tank
Im Vergleich zu bisherigen kryogenen Tanks aus CFK wird folgende Verbesserung anvisiert:
- Steigerung der Lebensdauer von bisher ca. 40 Betankungszyklen (kryogene Tanks in der Raumfahrt) mit dem Ziel der Dauerfestigkeit
Beteiligte Institute & Einrichtungen des DLR
Beteiligte Projektpartner
