H2-Flex – Prozess- und Anlagenentwicklung von geometrisch flexiblen Wasserstoffdrucktanks unter Verwendung eines biobasierten Harzsystems

Der Klimawandel ist das größte gesellschaftliche, sicherheitstechnische und finanzielle Risiko, mit dem die Welt heute konfrontiert ist. Wasserstoff ist einer der wenigen emissionsfreien Kraftstoffe und eine nachhaltige Energiequelle mit einem vielversprechenden Potenzial für den skalierbaren Einsatz bei größeren Entfernungen und einem höheren Energiebedarf im Verkehrswesen. Das Interesse an Wasserstofftechnologien als Kraftstoff im Verkehrswesen wächst. Die Industrie investiert verstärkt in Wasserstofflösungen, z. B. in der Automobil-, Eisenbahn-, Luft- und Raumfahrt-Industrie.

Wasserstoff (H₂) ist das kleinste Molekül. Er hat einen weiten Entflammbarkeitsbereich und ist leicht entzündbar. Reiner Wasserstoff kann entweder als verflüssigtes Gas bei sehr niedriger Temperatur (-253 °C) und geringem Überdruck (typischerweise 1-10 bar) oder als komprimiertes Gas bei sehr hohem Druck (typischerweise 250-700 bar) gespeichert werden. Aufgrund der geringen volumetrischen Energiedichte von Wasserstoff (1,3 kWh/l bei 700 bar und 20°C) im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Benzin (8,8 kWh/l) ist eine optimale Nutzung von Wasserstofftanks unerlässlich.

Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens H2-Flex ist die Prozess- und Anlagenentwicklung zur Herstellung eines neuartigen, kostengünstigen, geometrisch hochflexiblen Leichtbau-Wasserstoff-Tanks. Es kann als faserverstärkte-kunststoffverbund-Bauweise mit Kohlenstofffasern und biobasiertem Harzsystem hergestellt werden, um damit wesentlichen Beiträge zur Minimierung des Ressourcenverbrauchs zu leisten.

Ausgangspunkt der Arbeiten im Projekt H2-Flex sind das Design eines neuartigen Leichtbau-Wasserstoff-Druckbehälters und das am IVW auf TRL-3-Niveau entwickelte Herstellungsverfahren. Die neuartige Konstruktion bietet aufgrund ihrer Struktur mit rein axial (0°) und umlaufend aufgebrachten Fasern (ca. 90°) maximale Leichtbauqualität. In der Folge wird gemeinsam mit dem Projektpartner Automation, Steeg und Hoffmeyer eine Anlage auf Basis dieses Herstellungsverfahrens konzipiert und gebaut. Der Wasserstofftank kann auch mit einem sehr kleinen Querschnitt hergestellt werden. Um die Ökobilanz der Drucktanks zu verbessern, wird vom Projektpartner Schill und Seilacher ein biobasiertes Harzsystem entwickelt.

Die Lastabtragung erfolgt schichtweise aus den axialen Schichten im zylindrischen Bereich des Druckbehälters durch die am IVW patentierte "IVW-Krafteinleitung". Der Projektpartner Karl Wolf Präzisions³ wird geeignete Werkstoffe und Oberflächenbehandlungen sowie die Fertigung der metallischen Teile ermitteln. Die im Betrieb des Behälters einwirkenden zyklischen Belastungen erzeugen eine tribologische Belastung der Fügestellen zwischen den eingesetzten Materialien (Alu/Alu, Alu/FKV), welche am IVW mit dem Ziel einer Oberflächenoptimierung experimentell untersucht wird.

Das Projekt "H2-Flex: Verfahrens- und Anlagenentwicklung zur Herstellung einer neuartigen, kostengünstigen, geometrisch hochflexiblen Wasserstofftank-Leichtbauweise unter Verwendung von Kohlenstofffasern und einem biobasierten Harzsystem" wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichen: 03LB3100E).