Die Speicherung von Wasserstoff ist eine der zentralen Herausforderungen der Energiewende. Da Wasserstoff unter Normalbedingungen ein extrem großes Volumen einnimmt, muss er verdichtet werden, um als effizienter Energieträger nutzbar zu sein. Hier kommen Druckwasserstoffspeicher ins Spiel, die derzeit am weitesten verbreitete Technologie zur Lagerung von gasförmigem Wasserstoff (CGH2).
Funktionsweise und Technologie
Ein Druckwasserstoffspeicher funktioniert nach einem simplen physikalischen Prinzip: Gasförmiger Wasserstoff wird unter hohem Druck in spezielle Behälter gepresst. Je höher der Druck, desto höher die Energiedichte pro Volumeneinheit. In der Praxis haben sich vor allem zwei Druckniveaus etabliert:
- 350 bar: Wird oft für Nutzfahrzeuge wie Busse oder LKW verwendet, wo der Platzbedarf weniger kritisch ist.
- 700 bar: Standard für Brennstoffzellen-PKW, um eine mit Benzinern vergleichbare Reichweite zu erzielen.
Die verschiedenen Typen von Wasserstofftanks
Nicht jeder Tank ist gleich. Die Entwicklung der Druckwasserstoffspeicher wird in vier Hauptklassen unterteilt, die sich in Material und Gewicht unterscheiden:
- Typ I: Reine Metalltanks (meist Stahl). Sie sind kostengünstig, aber sehr schwer. Einsatz meist nur in stationären Anlagen.
- Typ II: Stahltanks mit einer Ummantelung aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Etwas leichter als Typ I.
- Typ III: Ein Liner (Innenbehälter) aus Metall (meist Aluminium) wird vollständig mit Kohlefaser umwickelt. Dies reduziert das Gewicht drastisch.
- Typ IV: Der moderne Standard für Mobilität. Der Liner besteht aus Kunststoff (Polymer), umwickelt mit Kohlefaserverbundwerkstoffen. Diese Druckwasserstoffspeicher sind extrem leicht und korrosionsbeständig.
Vorteile der Druckspeicherung
Die Nutzung von Druckwasserstoffspeichern bietet entscheidende Vorteile gegenüber anderen Methoden wie der Flüssigspeicherung:
- Schnelle Betankung: Ein 700-bar-Tank kann in wenigen Minuten gefüllt werden.
- Keine Verdampfungsverluste: Anders als bei flüssigem Wasserstoff (LH2) treten im Ruhezustand kaum Verluste auf, solange das System dicht ist.
- Ausgereifte Technik: Die Technologie ist erprobt und bereits in Serienfahrzeugen im Einsatz.
Sicherheit und Herausforderungen
Sicherheit hat oberste Priorität. Ein moderner Druckwasserstoffspeicher muss extremen Belastungen standhalten. Sie werden auf Berstdrücke getestet, die weit über dem Betriebsdruck liegen, und müssen Crashtests sowie Feuertests bestehen. Thermische Überdruckventile sorgen dafür, dass das Gas im Brandfall kontrolliert abgelassen wird, um eine Explosion zu verhindern.
Dennoch gibt es Herausforderungen: Die Kompression von Wasserstoff benötigt Energie (ca. 10-15% des Energieinhalts des Wasserstoffs). Zudem sind die Materialien für Hochdrucktanks, insbesondere Kohlefasern, derzeit noch kostenintensiv.
Anwendungsgebiete
Neben der Automobilindustrie finden Druckwasserstoffspeicher auch Anwendung in der stationären Energiespeicherung, um überschüssigen Strom aus Wind- und Solarkraft zwischenzuspeichern. Auch im Schienenverkehr und der Schifffahrt gewinnen diese Systeme zunehmend an Bedeutung.