LH2-FlatLight

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind aufgrund ihres hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht die bevorzugte Wahl für Wasserstofftanks. Heutige Wasserstofftanks, die meist für gasförmigen komprimierten Wasserstoff konzipiert werden, sind zu limitiert in ihrer Geometrie, um flexibel für eine Vielzahl zukünftiger Fahrzeugarchitekturen verwendet werden zu können. Das Projekt LH2-Flatlight zielt auf die Entwicklung von flachen, leichten thermoplastischen Tanks für die Speicherung von flüssigem Wasserstoff ab. In diesem Projekt werden verschiedene Designkonzepte (Bild 1) untersucht und bewertet und das am besten geeignete Tankkonzept im Detail entwickelt. In einem ersten Schritt werden die Konzepte auf Basis der vorgegebenen Rahmenbedingungen und Bauvorschriften grob strukturiert, mittels FEM strukturell bewertet und die entsprechenden Fertigungskonzepte erarbeitet. Die Strukturanalyse (siehe Bild 2) dient dazu, die generelle Stabilität des Tanks zu analysieren und Schwachstellen hinsichtlich des Designs zu bewerten. Kritische Bereiche sind hierbei die Rippen, die ein Ausbeulen des Tanks verhindern sollen und die Domkappe. Beide Bereiche werden im weiteren Verlauf des Projektes näher untersucht.

Die Speicherung von Wasserstoff unter kryogenen Bedingungen stellt jedoch besondere Anforderungen an die Werkstoffe der Tanks. Insbesondere die thermische Beanspruchung durch die Befüllung des Tanks und die Belastung im Betrieb führen zu Temperaturschwankungen von -250°C bis teilweise +70°C. Dies kann zur Bildung von Mikrorissen und bei höheren Lastwechseln zu Leckagen führen, was als Versagen des Tanks gewertet werden muss. Daher ist die Charakterisierung des Werkstoffverhaltens bei tiefen Temperaturen im Hinblick auf mögliche Leckagen ein wesentlicher Bestandteil des Projektes, um die Konstruktion auch gegen mögliches thermisches Versagen auszulegen. Dazu werden spezielle Messmethoden eingesetzt, die am Institut vorhanden sind (z.B. Röntgenmikroskopie) oder im Rahmen des Projektes beschafft werden (Permeationsmesszelle), um die Mikrorissbildung und die H₂-Permeationsbeständigkeit der verwendeten Werkstoffe zu untersuchen (Bild 3).