Metallhydridspeicher - Powerpaste
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Herstellung
Die POWERPASTE basiert auf dem Feststoff Magnesiumhydrid. Hergestellt wird die Paste aus pulverförmigem Magnesium, welches bei 350 °C und 5 bis 6 bar zusammen mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid und anschließend mit Ester und Metallsalz zur fertigen POWERPASTE umgesetzt wird.
Für die Nutzung des Wasserstoffs wird die POWERPASTE mit zusätzlichem Wasser zusammengebracht. Dabei entsteht Wasserstoff, welcher zur Hälfte aus dem zugeführten Wasser und zur Hälfte aus der POWERPASTE kommt.
Anwendung
Die Paste ermöglicht es, Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck zu speichern. Für die Nutzung wird neben der Kartusche mit der POWERPASTE noch ein Tank mit Wasser benötigt. Zur Freisetzung des Wasserstoffs für die Nutzung in einer Brennstoffzelle, wird ein Teil der Paste aus der Kartusche gedrückt und mit Wasser aus dem Wassertank zusammengeführt.
Die Menge des entstehenden Wasserstoffs kann dynamisch an den Bedarf der Brennstoffzelle angepasst werden. Da nur die Hälfte des freigesetzten Wasserstoffs aus der POWERPASTE stammt und die andere Hälfte aus dem Wasser des Tanks, wird eine höhere Energiedichte erreicht als bei einem mit 700 bar beaufschlagten Drucktank.
Mögliche Anwendungsbereiche
Das Fraunhofer IFAM sieht Anwendungsbereiche der POWERPASTE bei Fahrzeugen, von kleinen E-Scootern über große Drohnen für bspw. Inspektionsaufgaben vor. Auch als netzferne Wasserstoff-Bereitstellung oder Tankstellen ohne teure Druckinfrastruktur werden als mögliche Anwendungsszenarien für die fließfähige und pumpbare Paste genannt.
Technical Readyness
Derzeit wird eine Produktionsanlage für die POWERPASTE aufgebaut, welche Ende 2021 in Betrieb gehen und dann bis zu vier Tonnen POWERPASTE pro Jahr produzieren soll. Die Anlage entsteht am Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS durch das Fraunhofer IFAM.
Wer forscht daran?
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Dr. rer. nat. Marcus Vogt
LOHC - Liquid Organic Hydrogen Carrier
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Liquid Organic Hydrogen Carrier, kurz LOHC, bezeichnet eine Gruppe flüssiger, organischer Trägermedien für Wasserstoff. Diese sind in einem breiten Temperaturbereich von etwa -30°C bis 350 °C flüssig und schwer entzündbar und bestehen aus ungesättigten, meist aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen. LOHC kann Wasserstoff aufnehmen und wieder abgeben.
Je nachdem welches LOHC zum Einsatz kommt ist ein Speichervermögen von etwa 54 Kilogramm Wasserstoff pro Kubikmeter LOHC möglich. Die Speicherung von Wasserstoff in LOHC erfolgt bei Drücken zwischen 25 und 50 bar über eine katalytische Reaktion, bis das Trägermaterial gesättigt ist, also den Wasserstoff so weit wie möglich aufgenommen hat (Hydrierung). Dabei entstehen Temperaturen von 150 bis 250 °C. Zur Ausspeicherung bzw. Abgabe des Wasserstoffs aus dem LOHC ist eine Temperaturzufuhr von 250 bis 320 °C sowie eben-falls die Nutzung eines Katalysators erforderlich (Dehydrierung). Die Trägerflüssigkeit kann anschließend erneut verwendet werden.
Technical Readyness
Die LOHC-Technologie wird bereits eingesetzt. Ende 2017 wurden von der Hydrogenious LOHC Technologies GmbH die weltweit ersten kommerziellen LOHC-Anlagen zur Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff ausgeliefert. Im zweiten Halbjahr 2021 geht in Erlangen die erste Wasserstofftankstelle in Betrieb, die über die LOHC-Technologie mit Wasserstoff versorgt wird.
Wer vermarktet die Technologie?
Die Hydrogenious LOHC Technologies GmbH ist ein Pionier der Technologie und aktuell Weltmarktführer in der Entwicklung und Anwendung dieser Technologie.
Metal Organic Framework (MOF) - Formkörper zur Speicherung von Gasen
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Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS forscht an einer Methode zur Wasserstoffspeicherung in metallorganischen Gerüstverbindungen, sogenannten Metal Organic Frameworks, kurz MOF.
Äußerlich erscheinen diese MOFs als kristalline Festkörper, aber eigentlich bestehen sie überwiegend aus Hohlräumen. Diese Vielzahl an Öffnungen werden durch ein filigranes Molekülgerüst gebildet und erzeugen eine enorm große innere Oberfläche. Manche MOFs erreichen beispielsweise 7.000 m² pro Gramm - die Fläche eines Fußballfelds. Befinden sich diese Gerüstverbindungen mit ihrer zu 90 % porösen Struktur nun in einem Speichertank für Wasserstoff, können sich die Wasserstoff-Moleküle an die großen Oberflächen in den Hohlräumen binden. Dadurch muss der Druck im Tank nicht erhöht werden, die Menge des speicherbaren Wasserstoffs lässt sich aber erhöhen.
Die technische Herausforderung ist es, die MOF-Eigenschaften des kristallinen Festkörpers im Tank zu erhalten und gleichzeitig eine ausreichende mechanische Stabilität des filigranen Gerüsts zu erzielen. Die Metal Organic Frameworks können z. B. in Form von Pellets oder Granulaten (Schüttungen) oder als großformatige Scheiben oder Waben gestaltet werden.
Über Erwärmen oder Evakuieren können die eingelagerten Gasmoleküle wieder aus dem Tank ausgespeichert werden. Der große Vorteil dieser Methode der Speicherung ist die Möglichkeit, Wasserstoff drucklos und dennoch auf kleinem Raum in Tanks zu speichern. Auf diese Weise können z.B. bei dem Transport und der Speicherung leichtere und somit kostengünstigere Apparaturen eingesetzt werden.
Technical Readyness
Es handelt sich um eine Vorlaufforschung für die Wasserstoffwirtschaft.
Wer forscht daran?
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Dr.-Ing. habil. Matthias Jahn