LeiWaCo - Entwicklung eines Leichtbau-Tanks für kryogenen Wasserstoff zum Einsatz in einer modularen, container-basierten Versorgungseinheit; gefördert im Rahmen der "Technologieoffensive Wasserstoff" im 7. Energieforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie

Abstract

Die Substitution fossiler Energieträger durch regenerativ erzeugten Wasserstoff bildete eine tragende Säule der nationalen Wasserstoffstrategie. Neben dem großvolumigen, leitungsgebundenen Gastransport bestand in Industrie- und Mobilitätssektoren ein dringender Bedarf an flexiblen Logistiklösungen für kleinere und mittlere Transportmengen. Typische Anwendungsszenarien waren die dezentrale Versorgung von Wasserstofftankstellen, der emissionsfreie Rangierbetrieb von Schienenfahrzeugen sowie logistische Verteilprozesse im Hafen- und Flughafenbereich. Der straßengebundene Transport von Wasserstoff erfolgte zu diesem Zeitpunkt überwiegend gasförmig unter hohem Druck. Die dafür eingesetzten Lkw-Druckgasspeicher aus Stahl- oder Kompositflaschen transportierten bei Nenndrücken von 350 bar oder 700 bar eine nutzbare Wasserstoffmasse von lediglich ca. 500 kg. Dies beeinträchtigte die energetische und logistische Effizienz der Transportketten erheblich. Zur signifikanten Steigerung der Transportkapazität bot sich der Transport im flüssigen Zustand an. Durch die Verflüssigung bei kryogenen Temperaturen von -253° C unter Umgebungsdruck wurde eine hohe volumetrische Energiedichte erzielt, wodurch die transportierbare Wasserstoffmasse pro Lkw-Ladung auf bis zu 2500 kg verfünffacht werden konnte. Konventionelle Transportbehälter nutzten hierfür schwere, doppelwandige Kryotanks aus Edelstahl. Diese schränkten jedoch aufgrund ihres hohen Eigengewichts die nutzbare Zuladung stark ein und wiesen eine hohe fertigungstechnische Komplexität auf. Leichtbautanks aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) boten hier ein enormes Substitutions- und Gewichtsreduktionspotenzial. Das primäre technologische Hemmnis für deren Einsatz im kryogenen Bereich lag jedoch in der Gewährleistung der dauerhaften Permeationsdichtigkeit unter extremen thermomechanischen Belastungszyklen.