Wasserstoff

H2 – Treibstoff der Zukunft

In Zusammenarbeit mit OEMs und H2-Initiativen wird das Thema Speicherlösungen für Wasserstoff bei SAG schon seit längerem intensiv verfolgt. So werden verschiedene Szenarien untersucht, für die der Einsatz von H2 interessant sein könnte. Der Fokus liegt auf der Entwicklung von effizienten Lösungen zur kryogenen Speicherung von LH2. Die Verwendung von flüssigen Wasserstoff als Treibstoff bringt wesentliche Vorteile. Unter anderem: eine höhere Reichweite und Nutzlast, kürzere Betankungszeiten, mehr Transportvolumen.

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Simon Berger
Ingenieur R&D
Vorteile, Produktion und Herausforderungen Wasserstoff
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SAG ist Technlogieführer bei kryogenen Speicherlösungen für LNG und Wasserstoff.

Das umfassende Know-how fließt jetzt in die Entwicklung der ersten LKW-Tanksystems für flüssigen Wasserstoff.  Da Wasserstoff eine geringe volume­trische Energiedichte aufweist, wird er in Kraftfahrzeugen in der Regel komprimiert in zylindrischen Druckbehältern mitgeführt. Bei Pkw haben sich 700 bar als Speicherdruck etabliert. Bei Bussen ist der Speicherplatz (z.B. auf dem Dach) dagegen weni­ger knapp. Daher können Druckspeicher mit 350 bar genutzt werden. Den hohe Druck und die extrem tiefe Temperatur von minus 253 Grad Celsius über lange Zeit zu halten, ist eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von Tanksystemen für flüssigen Wasserstoff.

Die Vorteile von LH2 Kryotanks by SAG

Maximale Effizienz

Maximale Effizienz

Reichweite bis 1000 km, höhere Nutzlast, mehr Transportvolumen, maximale Wasserstoffkapazität

Höhere Kapazitäten

Höhere Kapazitäten

40 % + bei 700 bar
60 % + bei 350 bar

Für FC und ICE

Für FC und ICE

Für LKW mit Brennzelle ODER Hydrogen ICE geeignet

Technische Details zur LH2-Tanklösung by SAG

  • Thermoprinzip mit Innen- und Außentank
  • Hochvakuum und Mehrschichtisolierung
  • Wasserstoffspeicherung bei – 250 °C und niedrigem Druck < 10 bar
  • Höhere Dichte von Flüssiggas bei 273 K und 1 bar Faktor 700
  • 30 % höhere volumetrische Energiedichte als 700 bar
  • Holdtime 9 Tage bis zum Boil-off bei 5 bar

Tanksysteme für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge

Die Reichweite von Brennstoffzellen-Pkw liegt heute bei etwa 500 km. Hierfür werden bei aktueller Fahrzeugtechnik sowie in Abhängigkeit von Fahrzeug, Fahrweise und Fahrbedingungen etwa 4 bis 6 kg Wasserstoff benötigt. Um für einen Pkw 4 bis 6 kg Wasserstoff bei 700 bar zu speichern, werden etwa 100 bis 150 Liter Tankvolumen benötigt. Otto- oder Benzintanks für Kompakt- und Mittelklasse-Pkw liegen heute bei 50 bis 60 Litern Tankvolumen – während Luxusklassefahrzeuge und leichte Nutzfahrzeuge 70 bis 80 Liter mit sich führen.

Neben Volumen und Gewicht des Kraftstoffs ist das Gewicht des Tanksystems relevant. Denn schwere Tanksysteme erhöhen Roll-, Steigungs- sowie Beschleunigungswiderstand und damit den Kraftstoff- und Energieverbrauch eines Fahrzeugs. Fahrzeugtanks für flüssige Kraftstoffe weisen eine sehr günstige Relation von transportiertem Energieinhalt zur Gesamtmasse Tanksystem plus Inhalt auf. Ein 55-Liter-Tank für ein heutiges Kompakt-/Mittelklassefahrzeug hat ein Eigengewicht von nur 15 Kilogramm. Die Speicherdichte von Ottokraftstoff zum gesamten Tanksystem einschließlich dessen Energieinhalt liegt demnach bei über 30 MJ/kg. Mit kleineren Speichermengen und Fahrzeugtanks für effizientere Antriebe (Otto-Hybrid) würde die Relation künftig (etwas) ungünstiger ausfallen (JEC 2013).

10 wichtige Fragen zu Wasserstoff

Wasserstoff ist ein chemisches Element, bei Standardbedingungen (20 °C und Atmosphärendruck) ist es ein leichtes Gas (7 % Luftdichte). 1.000 Liter haben nur 0.09 kg.

Es kann jedoch komprimiert (350 oder 700bar) oder verflüssigt (-253°C) werden, um die Dichte zu erhöhen.

Die Energiedichten verschiedener Brennstoffe:

  • Flüssiges Erdgas = 39MJ / kg
  • Diesel = 43MJ / kg
  • Benzin = 41MJ / kg
  • Flüssiger Wasserstoff = 120MJ / kg

Die Gefahr, die durch verschütteten Wasserstoff oder zufälliges Verbrennen entsteht, ist nicht größer als die von Benzin oder Diesel. Es verbrennt, ohne Rauch zu erzeugen und die Strahlungswärme des Feuers ist gering. Der für Einsatzkräfte definierte Sicherheitsradius ist kleiner als bei herkömmlichen Kraftstoffen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Sicherheit ist, dass sich Wasserstoff nicht am Boden ausbreitet, sondern aufgrund seiner geringen Dichte in die Luft steigt.

Nein. Wasserstoff-Luft-Gemisch ist brennbar, explodiert jedoch nicht. Ein Gemisch aus Wasserstoff und reinem Sauerstoff (Knallgas) ist explosiv.

Ja. Im Gegensatz zu Rohöl, das eine Energiequelle ist, ist Wasserstoff ein Energievektor. Die Ölförderung beinhaltet politische und ökologische Risiken. Wasserstoff kann dort erzeugt werden, wo Strom und Wasser verfügbar sind.

Das Nebenprodukt herkömmlicher Motoren sind unter anderem Kohlendioxid, Stickstoffoxid und feine Partikel. Mit Wasserstoff betriebene Systeme erzeugen nur Strom, Wasser und Abwärme.

Ja. Da konventionelle Kraftstoffe in großem Maßstab produziert werden, ist die Produktion von Wasserstoff in kleinem Maßstab kaum vergleichbar. Nach den meisten Vorhersagen ist die Wasserstoffproduktion im großen Maßstab aber nur wenig teurer als herkömmliche Kraftstoffe.

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten produziert werden. Derzeit werden mehr als 95% des Wasserstoffs weltweit aus Kohlenwasserstoffen hergestellt, wobei schädliches CO2 erzeugt und emittiert wird. Eine modernere und umweltfreundlichere Technologie zur CO2-neutralen Erzeugung von Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Wasser geboten werden.

Das Betanken von PKWs oder leichten Nutzfahrzeugen dauert 3 bis 5 Minuten.

Nein. Wasserstoff wird zu einem wesentlichen und dauerhaften Element einer nachhaltigen Energiewirtschaft.

Ja. Die Verwendung von Wasserstoff zum Speichern und Transportieren von Energie führt zu einer geringeren Umweltverschmutzung als bei herkömmlichen Brennstoffen oder Batterien.

Kompatibilität von kryogenen Flüssigwasserstoffspeichern mit Brennstoffzellen und Wasserstoffverbrennungsmotoren

Flüssigwasserstoff als Treibstoff für schwere Nutzfahrzeuge bietet Vorteile hinsichtlich Energiedichte und Betankungszeit vor allem im Vergleich zu batterieelektrischen Antrieben. Außerdem kann der Druck im Tank im Vergleich zu gasförmiger Wasserstoffspeicherung niedrig gehalten werden. Das bringt Vorteile hinsichtlich des Gewichts und des Platzbedarfs des Speichers, dessen Kosten und Sicherheit mit sich.

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Kompatibilität von kryogenen Flüssigwasserstoffspeichern mit Brennstoffzellen und Wasserstoffverbrennungsmotoren