Wasserstoff: BAM entwickelt in einem Gemeinschaftsprojekt Druckspeicher mit besserer CO2-Bilanz
Wasserstoff-Druckbehältern kommt eine zentrale Rolle
bei der Dekarbonisierung zu: Sie sollen als „Treibstofftanks“ dienen für
emissionsfreie LKWs, Busse, Züge, Schiffe und Flugzeuge sowie für die
Speicherung und den Transport von Wasserstoff. Doch die
carbonfaserverstärkten Kunststoffe (CFK), aus denen die Speicher gefertigt
werden, sind aufgrund ihrer energieintensiven Herstellung mit einem großen
CO2-Fußabruck belastet. Die Bundesanstalt für Materialforschung und
-prüfung (BAM) erforscht in einem Gemeinschaftsprojekt, wie sich die
Speicher klimaschonender produzieren und über eine längere Lebensdauer als
bisher nutzen lassen – bei sogar größerer technischer Sicherheit.
Aktuell werden bei der Produktion eines Wasserstoff-Druckspeichers der
neuesten Generation aus CFK bis zu 2,5 Tonnen CO2 freigesetzt.
Expert*innen gehen davon aus, dass die Nachfrage nach diesen Behältern
beim Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft stark ansteigen wird. Neben
dem Verkehrssektor werden Wasserstoff-Druckspeicher in Zukunft auch für
stationäre Power-to-Gas-Anwendungen benötigt und um den grünen
Energieträger zu Wasserstofftankstellen zu transportieren.
Ein neues Projekt, das von der RWTH Aachen koordiniert wird und an dem
mehrere Unternehmen beteiligt sind, die gemeinsam solche Speicher
herstellen, zielt darauf, deren CO2-Bilanz deutlich zu verbessern.
Das Projekt setzt dazu an zwei Stellen an: Erstens soll der
kostenintensive Leichtbau-Werkstoff CFK effizienter als bisher eingesetzt
werden. „Aktuell werden die Behälter, die im Betrieb einem Druck von bis
über 700 bar standhalten müssen, aus Sicherheitsgründen besonders
konservativ ausgelegt, d.h. es wird sehr viel Material verwendet“, erklärt
Eric Duffner, Experte für die Speicher, der die Projektbeteiligung der BAM
verantwortet. „Unsere langjährigen Untersuchungen deuten jedoch darauf
hin, dass das Material sparsamer eingesetzt werden kann.“
Durch eine konsequente digitale Prozessüberwachung bei der Herstellung
soll erreicht werden, dass die Speicher effizienter, also nur mit so viel
CFK-Material wie erforderlich hergestellt werden. „Wir gehen im Projekt
davon aus, dass sich durch eine Optimierung der Herstellung rund 20
Prozent des Materials einsparen und gleichzeitig sogar sicherere Speicher
als bisher produzieren lassen“, so Duffner.
Der zweite Ansatz zielt auf die „Lebensdauer“ der Speicher, also auf den
Zeitraum, über den sie konkret genutzt werden. „Auch hier deuten unsere
umfangreichen Untersuchungen zu mechanischen und thermischen Belastungen
darauf hin, dass die Speicher viel länger als bisher in Betrieb bleiben
könnten“, sagt Eric Duffner.
Die BAM wird in das Projekt ihre Erkenntnisse aus zerstörungsfreien
Prüfverfahren einfließen lassen, um die aktuellen Sicherheitsbewertungen
und Annahmen zur Lebensdauer auf eine bessere empirische Grundlage zu
stellen. Auch das hilft, Ressourcen zu sparen: Denn sollten die Speicher
in Zukunft z.B. 10 Jahre länger als bisher genutzt werden können, würde
dies – neben der Materialeinsparung bei der Produktion – eine erhebliche
Verkleinerung ihres CO2-Fußabdrucks bedeuten.
Schließlich sollen die wissenschaftlichen Ergebnisse des Projekts in die
Normen und Gesetze zu Wasserstoff-Druckspeichern eingehen. Gefördert wird
das Gesamtvorhaben durch das Technologietransfer-Programm Leichtbau des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.
