Gegenwärtig existieren vier verschiedene Druckbehältertypen auf dem Markt – Typ 1 bis Typ 4. Alle vier Typen der Wasserstoffdruckbehälter dienen der Speicherung von gasförmigem Wasserstoff. Der Druckbereich liegt dabei typischerweise zwischen 200 und 700 bar. Nachfolgend werden die vier Druckbehälter-Typen verglichen und deren Einsatzgebiete erläutert.
Bei dem oben dargestellten Wasserstoffdruckbehälter (Schnitt) handelt es sich um einen Typ 3 Druckbehälter. Die Zahl 1 markiert den Innenbehälter des zweilagig aufgebauten Behälters (auch Liner genannt), die Zahl 2 markiert die äußere Ummantelung.
Wasserstoffdruckbehälter Typ 1 – Der Klassiker
Begründet durch die hohen Drücke, die damit zusammenhängende Spannungsverteilung und dem Fertigungsprozess, ist die Form aller serienmäßigen Wasserstoffdruckbehälter zylindrisch. Der klassische Behälter dieser Art ist der Typ 1 Druckbehälter. Er besteht lediglich aus einer metallischen (i.d.R. stählernen) Wandung. Nenndrücke dieses Behältertyps liegen typischerweise im Bereich von 200 bar und sind in der Gasindustrie weit verbreitet. Dort werden diese als Transportbehälter sowie für stationäre Anwendungen eingesetzt.
Wasserstoffdruckbehälter Typ 2 – Für höhere Drücke
Typ 2 Druckbehälter besitzen neben der metallischen Wandung eine Ummantelung aus harzgetränkter Glas- oder Kohlefaser. Im Falle des Typ 2 Druckbehälters befindet sich diese Ummantelung ausschließlich um den zylindrischen Teil des Behälters. Daraus resultiert einerseits ein leichter Gewichtsvorteil durch geringer wählbare Wandstärken. Zudem können Drücke von bis zu 1000 bar1 erreicht werden, sodass Typ 2 Druckbehälter hauptsächlich bei stationären Applikationen wie zum Beispiel als Speicherbehälter an Wasserstofftankstellen Anwendung finden.
Wasserstoffdruckbehälter Typ 3 – Derzeit der Standard in der Mobilität
Typ 3 Behälter besitzen, wie in der Abbildung oben sichtbar, einen Liner (siehe Ziffer 1) aus Metall (meistens Aluminium) und typischerweise eine Ummantelung aus Kohlefaser um den gesamten Behälter herum (siehe Ziffer 2). Dabei trägt die Kohlefaserummantelung den wesentlichen Anteil der Belastung. Dieser Typ zeichnet sich gegenüber Typ 1 und 2 durch seine besonders hohe gravimetrische Energiedichte aus, sodass er heute vor allem für mobile Anwendungen, beispielsweise in Brennstoffzellen-Fahrzeugen, eingesetzt wird. Typische Drücke liegen in der mobilen Anwendung bei 350 oder 700 bar. Er eignet sich selbstverständlich auch für stationäre Anwendungen, allerdings sind die höheren Materialkosten im Vergleich zu Typ 1 und 2 zu berücksichtigen.
Wasserstoffdruckbehälter Typ 4 – Das Leichtgewicht
Der Typ 4 Druckbehälter ist der jüngste Druckspeicher, der gegenwärtig serienmäßig gebaut wird. Der Liner besteht aus Kunststoff (typischerweise aus Polyamid- oder Polyethylen) und die Ummantelung besteht wie beim Typ 3 Behälter üblicherweise aus Kohlefasern. Durch diese Bauweise hat der Druckbehälter einen weiteren Gewichtsvorteil gegenüber den drei anderen Bauformen. Die Anwendung liegen beim Typ 4 Druckbehälter sowohl im Transport- als auch im mobilen Bereich.
Ausblick auf zukünftige Wasserstoffdruckbehälter
Zusätzlich zu den bereits existierenden Bauformen ist aktuell ein Typ 5 Behälter in der Entwicklung. Er hat keinen Liner und besteht fast vollständig aus Kohlefasern.
Mittels all dieser Druckbehälter lässt sich Wasserstoff unter hohem Druck flexibel und sicher speichern (siehe auch Frage des Monats August 2017: „Wie sicher sind Wasserstofffahrzeuge?“).
Neben der gasförmigen Speicherung von Wasserstoff gibt es drei weitere Methoden der Wasserstoffspeicherung (siehe auch Frage des Monats Dezember 2019: „Welche Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung gibt es?“).
Durch die zunehmende Bedeutung von Wasserstoff in der Sektorenkopplung ist es von hoher Bedeutung, bereits heute eine technisch einwandfreie und somit sichere Wasserstoffspeicherung zu gewährleisten und diese kontinuierlich weiterzuentwickeln.
Wir beraten Sie gerne ausführlich zum Thema Wasserstoffdruckbehälter:
Für weitere Fragen des Monats und Rückmeldungen stehen wir gerne zur Verfügung:
1Andreas Rosen – Beitrag zur Optimierung von Wasserstoffdruckbehältern, Springer Verlag 2018, Online ISBN 978-3-658-21124-0 