Herausforderung
Die ideale Wasserstoffspeicherung:
leicht, bezahlbar, sicher
Ein optimaler Wasserstoffspeicher hat wenig Effizienzverluste, benötigt geringe Sicherheitsvorkehrungen und kann große Mengen H2 auf wenig Raum speichern. Bei mobilen Speicherlösungen sollte der Transport einfach und preiswert sein. Dabei spielt insbesondere das Gewicht des Speichers eine wichtige Rolle. Zwar sind Druck- und Flüssigspeicherung von Wasserstoff bereits heute kommerziell etablierte Lösungen, allerdings sind die bestehenden physischen als auch chemischen Speichertechnologien weit von einer idealen Wasserstoffspeicherung entfernt.
Wasserstoff hat eine sehr hohe Permeabilität und kann durch poröse Materialien oder sogar Metalle diffundieren. Die Speicherung erfordert daher spezielle Materialien, um Diffusionsverluste zu minimieren.
Ziel: minimale Energieverluste bei Umwandlung und Speicherung
Eine effiziente Wasserstoffspeicherung zielt darauf ab, den Verlust von Wasserstoff und Energie während des Speicherprozesses so gering wie möglich zu halten. Um den Energieaufwand der Kompression zu minimieren, wird der Druck verwendet, mit dem der Wasserstoff aus der Elektrolyse kommt (30–60 bar). Bei einer chemischen Umwandlung des Wasserstoffs zum Zweck der Speicherung sollte der zweifache Umwandlungsprozess (Wasserstoff => chemisches Speichermedium => Wasserstoff) möglichst wenig Energie verbrauchen.
Vor- und Nachteile unterschiedlicher
Wasserstoffspeicher-Technologien
Physikalische Druckspeicherung
Vorteile
- günstig
- Bereits in der kommerziellen Nutzung
- Kompensiert geringe volumetrische Energiedichte von H2
Nachteile
- Kompression verbraucht Energie (5–12 % des H2-Energiegehalts)
- Je höher der Druck, desto größer das Speichergefäß/die Wandstärke
- Hohe Transportkosten aufgrund des Gewichts
Physikalische Speicherung flüssigen Wasserstoffs
Vorteile
- Deutlich höherer volumetrischer Energiegehalt im Vergleich zu physikalischer Speicherung
- Einfacherer Transport
Nachteile
- Hoher Energieverlust im Speicherprozess (30–40 %)
- Hochisolierende Spezialstahltanks notwendig
- Kühlaggregate erforderlich
Die heutige physikalische H2-Speicherung hat zentrale Nachteile: hohe Effizienzverluste durch Kompression oder Kühlung und hohe Anforderungen an Materialstabilität und Sicherheitsvorkehrungen.
Die chemische H2-Speicherung
Vorteile
- Einfaches Handling
- Geringere Sicherheitsanforderungen
- Gute Transportfähigkeit
Nachteile
- Hohe Energieeffizienzverluste im Speicherprozess
Bei der chemischen Speicherung wird der Wasserstoff mit anderen Elementen verbunden. Das können Hydride (Metalllegierungen), Stickstoffverbindungen wie Ammoniak, Aminoboran oder Hydrazin oder Wasserstoffträger sein, die Wasserstoff mithilfe von Katalysatoren durch eine chemische Reaktion aufnehmen und durch eine weitere chemische Reaktion wieder abgeben.
Typische Anwendungsszenarien
von Wasserstoffspeichern
Märkte mit dem größten Potenzial für die Dekarbonisierung durch grünen Wasserstoff
Industrie
- Reaktionsmittel: Stahl aus Direktreduktion
- Stoffliche Nutzung: Ammoniak, Chemikalien
Energiesektor
- Als Langzeitspeicher für erneuerbare Energien
Verkehr
- Langstrecken-Lkw-Verkehr
- Langstrecken-Flugverkehr
- Langstrecken-Schiffsverkehr
Wohnen
- Fernwärme für Wohn- und Bürogebäude
Welcher Wasserstoffspeicher-Typ
für welche Anwendung?
Stationäre Anwendungen
Druckgasspeicher mit PED-Zulassung, die direkt an der Verbrauchsstelle platziert und befüllt werden.
Transport
Befüllung der TPED-zugelassenen Treibstoffspeicher für Schiffe am HydroExceed Wasserstoff-Hub in Rostock-Laage sowie Transport zum Kunden.
Mobile Anwendungen
TPED-zugelassene Wasserstoff-Speichersysteme für den Betrieb von Fahrzeugen, speziell im maritimen Bereich. Die Befüllung und Entleerung erfolgt direkt am Betriebsort.