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Aktualisiert am 19 Mai 2024

Festkörper-Wasserstoffspeicher

Wasserstoff ist ein Energieträger mit einer hohen Energiedichte pro Gewicht, aber auch ein leichtes Gas. Unser Artikel Wasserstoff beschreibt dies genauer. Aus diesem Grund sind die DASH-Festkörper-Wasserstoffspeicher eine interessante Option für die Wasserstoffinfrastruktur. In diesen Speichern wird Wasserstoff weder in flüssiger noch in gasförmiger Form gespeichert, sondern als Feststoff in einem anorganischen Trägermaterial, dem Metallhydrid.

Grundlagen der Technik #

Die Grundlage dieser Form der Wasserstoffspeicherung ist, dass die von GRZ Technologies verwendeten metallischen Verbindungen den Wasserstoff unter den richtigen Bedingungen absorbieren. Dieser Vorgang ist unten dargestellt.

Wasserstoff wird in einem festen Trägermaterial gespeichert.

Bei der Absorption spalten sich die Wasserstoffmoleküle (H2) in einzelne Wasserstoffatome (H) auf. Die einzelnen Wasserstoffatome wandern dann in die Zwischenräume der Metalllegierung. Die Abstände zwischen den einzelnen Atomkernen werden deutlich kleiner als in der Gasphase. Dadurch ist die volumetrische Dichte des Wasserstoffspeichers sehr hoch, ebenso wie die Energiedichte des Systems. Für diesen Prozess können verschiedene Legierungen verwendet werden. Ein Beispiel für eine Legierung ist LaNi5. Die folgende chemische Reaktion findet statt, wenn Wasserstoff von einer solchen Legierung absorbiert wird:

LaNi5 + 3H2 ⟶ LaNi5H6

Es ist wichtig zu erwähnen, dass diese Legierung ein einzelnes Beispiel aus einer ganzen Klasse von Materialien ist. Die Ingenieure von GRZ Technologies entwickeln für jedes Produkt den besten Werkstoff und optimieren so die Eigenschaften des Gesamtsystems.

Vergleich zu anderen Speichermethoden und technischen Vorteilen #

Um Metallhydride als Festkörper-Wasserstoffspeicher zu nutzen, ist jedoch nicht nur die Auswahl des Materials entscheidend. Auch die Eigenschaften des Gesamtspeichersystems müssen optimiert werden, wie im Abschnitt „Systemdesign und -fertigung“ beschrieben. Ein wesentlicher Aspekt der DASH-Speichertechnologie ist die hohe volumetrische Speicherdichte. Sie hängt vom Speichermaterial ab und ist sowohl durch die Größe der Lücken zwischen den Atomen im Trägermaterial als auch durch den Abstand zwischen den einzelnen H-Atomen begrenzt. Nach dem Westlake-Kriterium (siehe z.B . D.G. Westlake, J. Less-Common Metals 91 (1983), S. 275-292) sind mit dieser Technologie theoretisch volumetrische Speicherdichten von bis zu 245 kgH2/m3 möglich. Zum Vergleich: flüssiger Wasserstoff hat eine Dichte von 71 kgH2/m3 und gasförmiger Wasserstoff mit 900 bar ca. 40 kgH2/m3. Die Metallhydrid-basierte Technologie von GRZ ist extrem zyklensicher und ermöglicht eine Lebensdauer von 25 Jahren und mehr. Wir können die gesamte verfügbare Kapazität uneingeschränkt nutzen. Ein wichtiges Merkmal der Technologie ist schließlich ihre Umweltfreundlichkeit. Der Metallhydrid-Wasserstoffspeicher DASH besticht durch einen deutlich reduzierten ökologischen Fußabdruck im Vergleich zu bestehenden konkurrierenden Energiespeicherlösungen wie Lithiumbatterien. Die Speicher sind vollständig recycelbar, und der Energieverbrauch für die Herstellung der Speicher ist viel geringer.

Die Eigenschaften dieser Form der Wasserstoffspeicherung sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst und mit anderen Formen der Wasserstoffspeicherung verglichen:

Druckgas (Niederdruck)Druckgas (Hochdruck)FlüssigkeitFestkörper
Vorteile• Kein Kompressor erforderlich
• Weit verbreitet
• Mäßige Drücke
• Hohe volumetrische Dichte (insbesondere bei 700 bar(g))• Hohe volumetrische Dichte
•Skalierbar
• Niedrige Lagerkosten
• Sehr hohe volumetrische Dichte
• Ausgezeichnete Sicherheit
•Tiefdruck
• Wartungsfrei
• Kein Kompressor oder Verflüssiger erforderlich
• Keine Verluste beim Laden und Entladen
Benachteiligungen• Großes Volumen
• Es kann nicht die gesamte Speicherkapazität genutzt werden
• Sicherheitsrelevante Einschränkungen und Kosten
• Erhebliche Energieverluste beim Verdichten
• Nicht die gesamte Kapazität kann genutzt werden
• Sicherheitsrelevante Einschränkungen
• Kompressor ist erforderlich
• Erhebliche Energieverluste bei der Verflüssigung
• Sicherheitsrelevante Einschränkungen
• Technische Komplexität: Boil-off, kontinuierliche Kühlung erforderlich, etc.
• Geringere gravimetrische Dichte
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