MaTaInH2

Mobilitätskonzepte mit lokal emissionsfreien Antriebssystemen sind zweifellos einer der Hauptmotoren der Automobilindustrie der Zukunft. In dieser Ära des wachsenden Umweltbewusstseins und der Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, nimmt die Suche nach effizienten und umweltfreundlichen Antriebskonzepte einen zentralen Platz in der Forschung und Entwicklung der Automobilhersteller ein. In dieser Hinsicht erweist sich Wasserstoff als vielversprechende Alternative zu den bereits verfügbaren batterieelektrischen Fahrzeugen. Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger in mobilen Anwendungen bietet die Aussicht auf erhebliche Vorteile in Bezug auf die Reichweite und die Geschwindigkeit des Betankungsvorgangs. Ein Schlüsselaspekt bei der Umsetzung dieser Technologie ist der Drucktank, der in der Lage sein muss, ausreichend Wasserstoff unter einem Betriebsdruck von 700 bar zu speichern. Gleichzeitig müssen diese Tanks leicht genug sein, um den Anforderungen mobiler Anwendungen gerecht zu werden.

Das Forschungsprojekt "MaTaInH2 - Materialeffiziente und taktzeitoptimierte Industrialisierung von H2-Drucktanks" verfolgt das Ziel, durch den Einsatz von vorimprängierten Faser-Rovings, sogenannte Towpregs, eine wettbewerbsfähige Alternative zum aktuellen Stand der Technik zu schaffen. Dieses Vorhaben beinhaltet die Neuentwicklung eines Typ-IV Wasserstoff-Drucktanks, der von Grund auf neu konzipiert und im Wickelverfahren hergestellt wird. Die Besonderheit dieses Verbundprojekts liegt in der Möglichkeit, die einzelnen Prozessschritte unabhängig voneinander zu optimieren, indem die Produktionskette in Teilprozesse aufgeteilt wird. Das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) spielt eine entscheidende Rolle in diesem Projekt, sowohl bei der Charakterisierung der Referenzwerkstoffe und des neu entwickelten Towpreg des Lehrstuhls für Carbon Composites der Technischen Universität München (TUM) als auch bei der Optimierung des Wickelprozesses. Eine umfassende Materialkarte wurde erstellt, die sämtliche relevanten mechanischen und prozessbezogenen Eigenschaften zusammenfasst.

Um die Anforderungen eines seriennahen Wickelprozesses zu erfüllen, wurde die bestehende Wickelanlage am IVW für die Verarbeitung von Towpreg-Halbzeugen weiterentwickelt. Die Erkenntnisse aus der Herstellung von Prototypen von Drucktanks aus Towpregs fließen in die Spezifikation einer optimierten Wickelanlage im industriellen Maßstab ein.

Im Laufe des Projektes wurde durch die Herstellung von nahezu 50 Drucktanks im konventionellen Nasswickeln sowie im Towpregwickeln eine breite Datenbasis über das Materialverhalten und die Verarbeitbarkeit von Towpregs sowie die allgemeine Herstellung von Wasserstoffdrucktanks geschaffen. Die Ergebnisse aus den Wickelversuchen und den Berstprüfungen zeigen das Potential des gewählten ganzheitlichen Ansatzes und der Verbesserung der Material- und Prozessqualität. Auch die zyklischen Dauertests gemäß der UN ECE R134-Norm wurden erfolgreich durchgeführt, um die Dauerfestigkeit der Tanks zu gewährleisten.

Im Forschungsprojekt „MaTaInH2“ wird von den Projektpartnern MAHLE, TUM und IVW das Ziel verfolgt, die gesamte Prozesskette des Towpregwickelns unter großserienfähigen Aspekten zu entwickeln, zu bewerten und daraus Industrialisierungskonzepte zu abzuleiten.

• Lehrstuhl für Carbon Composites, der Technischen Universität München
• MAHLE Filtersysteme GmbH