Wasserstoff gewinnt als sauberer Energieträger an Bedeutung. Er bietet eine vielversprechende Lösung für die wachsende Nachfrage nach nachhaltiger Energie. Um das Potenzial von Wasserstoff zu nutzen, sind jedoch effektive Speicher- und Transportmethoden erforderlich. Die Festkörpertechnologie von GRZ ist in vielen Fällen anwendbar und erleichtert das Wasserstoffhandling erheblich. Insbesondere wird dadurch oft kein Kompressor benötigt. In einigen Anwendungen ist es jedoch notwendig.
Allgemeiner Überblick über die Wasserstoff-Verdichtung #
Aufgrund seiner geringen Dichte nimmt Wasserstoff in seinem gasförmigen Zustand ein großes Volumen ein. Daher ist eine Kompression erforderlich, um den Druck zu erhöhen. Die Kompression von Wasserstoff reduziert sein Volumen erheblich, was für einige Anwendungen erforderlich ist. Dieser komprimierte Wasserstoff kann dann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. zum Antrieb von Wasserstoffautos.
Technische Aspekte der Wasserstoff-Verdichtung #
Es gibt verschiedene Arten von Wasserstoffkompressoren, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien basieren. Mechanische Kompressoren sind heute die am häufigsten verwendeten Geräte. Dazu gehören Hubkolbenkompressoren, Membrankompressoren und Schraubenkompressoren. Jeder Typ arbeitet nach leicht unterschiedlichen Prinzipien, alle erreichen eine Reduzierung des Wasserstoffvolumens durch eine Erhöhung des Drucks.
Elektrochemische Kompressoren verwenden Protonenaustauschmembranen, um Wasserstoff zu komprimieren. Wenn ein elektrischer Strom durch die Membran fließt, wandern Wasserstoffionen, rekombinieren zu Wasserstoffmolekülen und komprimieren sich auf der Hochdruckseite. Diese Methode bietet einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Reinheit und eignet sich daher für High-End-Anwendungen wie Brennstoffzellen.
Herausforderungen bei der Wasserstoffverdichtung #
Viele Herausforderungen hängen mit Materialien und Haltbarkeit zusammen. Wasserstoffversprödung ist ein großes Problem. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Wasserstoffatome in die verwendeten Materialien diffundieren, wodurch sie spröde und anfällig für Risse werden. Daher müssen die verwendeten Materialien sorgfältig ausgewählt werden und umfassen häufig Edelstahl oder fortschrittliche Legierungen. Darüber hinaus sind Leckagen und Sicherheit bei der Verwendung bestimmter Kompressionstechnologien ein Problem. Die geringe Molekülgröße von Wasserstoff macht ihn anfällig für Leckagen und birgt aufgrund seiner Entflammbarkeit Sicherheitsrisiken. Fortschrittliche Dichtungstechnologien und regelmäßige Wartung sind entscheidend, um die Systemintegrität zu gewährleisten und Unfälle zu vermeiden. Schließlich sind Kosten- und Energieeffizienz relevant. Die Verdichtung von Wasserstoff erfordert erhebliche Energie, was sich auf die Gesamteffizienz von Wasserstoff als Energieträger auswirkt.
Anwendungen und Zukunftsaussichten #
Die Wasserstoffkompression ist in Wasserstofftankstellen für Fahrzeuge, die heute 350 bar(g) oder 700 bar(g) Wasserstoff zum Tanken benötigen, von entscheidender Bedeutung. Komprimierter Wasserstoff wird auch in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet, z. B. in der Erdölraffination und Metallverarbeitung. Die Weiterentwicklung der Kompressionstechnologien kann die Effizienz und den ökologischen Fußabdruck dieser Prozesse erheblich verbessern. Innovationen bei der Konstruktion und dem Betrieb von Kompressoren sind für die Weiterentwicklung der Wasserstoffindustrie von entscheidender Bedeutung.
Thermischer Wasserstoffkompressor HyCo #
GRZ Technologies trug zur Lösung der Herausforderung der Wasserstoffkompression bei, indem es Pionierarbeit bei der Anwendung einer neuartigen Technologie leistete, die auf einem völlig neuen Funktionsprinzip basiert: der thermischen Wasserstoffkompression unter Verwendung fester Trägermaterialien. Für diese Art der Verdichtung verwendet GRZ feste Wasserstoff-Trägermaterialien. Wenn sie mit Wasserstoff gesättigt sind, steigt ihr Druck in Abhängigkeit von der Temperatur exponentiell an. Dieser Aufbau ermöglicht die Verdichtung mit (Ab-)Wärme. Darüber hinaus kann der Wasserstoffteil der Maschine ohne bewegliche Teile gebaut werden, so dass er leise, vibrationsfrei und leckagefrei ist und nur minimale bis gar keine Wartung erfordert. Die Technologie reduzierte die Stromgestehungskosten der Komprimierung in vielen Anwendungen erheblich. Ein Beispiel für einen solchen Kompressor ist auf dem Bild unten dargestellt:
Neben industriellen Anwendungen hat GRZ seine Kompressionstechnologie auch für kleine Anwendungen erfolgreich im Labor eingeführt: Die FLEXI HyCo-Geräte werden weltweit vom führenden Wasserstofflaboranbieter KEP Technologies vertrieben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis von Wasserstoff für die Wasserstoffwirtschaft von zentraler Bedeutung ist. Die Bewältigung der damit verbundenen technischen Herausforderungen wird eine breitere Einführung von Wasserstoff als saubere Energiequelle ermöglichen und einen wesentlichen Beitrag zu den globalen Nachhaltigkeitsbemühungen leisten. Kontinuierliche Forschung und Innovation in diesem Bereich sind unerlässlich, um das volle Potenzial von Wasserstoff auszuschöpfen und den Übergang in eine grünere Zukunft zu erleichtern.
