Kurs:Rohstoffe III: Kohlenwasserstoffe/Wasserstoffspeicherung

Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung

Gasförmig in Gasdruckbehältern

Wasserstoff liegt in der Natur im gasförmigen Zustand vor. Daher erscheint es sinnvoll das Gas auch in diesem Zustand zu speichern. Das Gas wird in Druckgasbehältern gespeichert. Dabei gilt: Bei Druckerhöhung verringert sich das Volumen bei Gasen. Je höher also der Druck im Behälter, desto größer ist die Speicherdichte. Gespeichert wird der Wasserstoff in kugel- oder zylinderförmigen Behältern. Diese bieten physikalisch die besten Voraussetzungen für die Speicherung, da sie z.B. einen geringen Wärmeeintrag und eine gute Kraftverteilung aufweisen. Üblicherweise halten diese Behälter Drücke von 250-300 bar aus. Es wird aber bereits an 700 bar Behältern gearbeitet. Bei der Komprimierung des Gases und Behältern mit Drücken von 300 bar, werden diese besonders schwer. Zusätzlich müssen diese Behälter einer hohen Belastung standhalten, da viel Gas auf engem Raum komprimiert ist. Auch müssen diese fähig sein Temperaturen auszugleichen (Innen und Außerhalb) und Erschütterungen und Schwingungen zu überstehen. Die hier gespeicherten Mengen sind relativ gering. In unterirdischen Porenspeichern wie Aquiferen, Salz- und Felskavernen findet eine größere stationäre Speicherung statt.

Flüssig in Vakuumisolierten Druckflaschen

Bevor der Wasserstoff gespeichert werden kann muss dieser herabgekühlt werden. Die Kühlung erfolgt mit Stickstoff und es muss eine Temperatur von -253°C erreicht werden, damit sich der Wasserstoff verflüssigt. Dabei verringert sich das Volumen des Wasserstoffs enorm (1/5 des ursprünglichen Volumens). Der Vorteil ist, dass mehr Wasserstoff in den Tanks gespeichert werden kann. Allerdings ist die Abkühlung sehr energieaufwendig. Zusätzlich müssen die Tanks thermisch isoliert sein, welches durch ein künstliches Vakuum ermöglicht wird, das den Wasserstofftank umgibt. Es muss eine Umwandlung in das Gas verhindert werden, sowie die Verflüchtigung. Ideal einsetzbar ist die flüssig Wasserstoffspeicherung im mobilen Bereich (z.B. die Raumfahrt).

Einlagerung in Metallhydriden

Im gasförmigen Zustand kann Wasserstoff auch in Metallen eingebaut werden. Einige Metalle reagieren mit dem Wasserstoff oder lagern den Wasserstoff zwischen ihren Atomen ein. Die Verbindung wird dann Metallhydrid genannt. Die Dichtespeicherung bei diesem Verfahren ist noch höher als bei der flüssigen Wasserstoffspeicherung. Bei den Metallen handelt es sich um leichte Metall-Elemente (Pd, Mg, La), intermetallische Verbindungen und mehrphasige Legierungen. Bei Raumtemperaturen und geringem Überdruck findet die Absorption von Wasserstoff an Metalle unter Wärmeentwicklung statt. Unter Druckminderung und Wärmezufuhr kann der Wasserstoff wieder abgegeben werden. Sollen 5 kg Wasserstoff gespeichert werden, so wird 250 kg Metallhydrid benötigt. Im Vergleich zu den Gasdruckspeichern und den Kryospeichern ist dies die sicherste und kompakteste Speichermethode. Der Wasserstoff, welcher aus der Metallverbindung freigesetzt wird, ist ultrarein und es werden zur Speicherung nur geringe Drücke benötigt. Negativ ist, dass die schweren Speicher lediglich einen geringen Anteil an Wasserstoff gespeichert haben.

Forschung an neuen Wasserstoffspeichern

Salzkavernen

Salzkavernen sind künstlich erstellte Hohlräume. Das Salz hat den Vorteil, dass es eine hohe dichte hat und Gase deshalb gut einlagern kann. Typisch sind hierfür Volumina von 500.000 m3 bei einem Druck von 60-180 bar. Es gibt dort keine Druckverluste. Auch finden hierbei keine Reaktionen zwischen dem Salz und dem Wasserstoff statt. Diese werden in England und den USA seit 10 Jahren erfolgreich eingesetzt.

Porenspeicher

Darunter fallen Aquifer-Speicher und ehemalige Lagerstätten von Erdöl und Erdgas. Diese Porenspeicher sind wiederverfüllbar. Sie haben eine natürliche Dichtung und können Wasserstoff einlagern. Allerdings ist die Reaktion zwischen Wasserstoff und eventuellen Resten von Erdgas und Erdöl noch nicht vollständig geklärt.

Weitere

Aufgrund der verstärkten Nutzung von Wasserstoff wird in der Wasserstoffspeicherung intensiv geforscht. Einige Beispiele sind im Folgenden aufgeführt.

Speicherung im Eis
Speicherung in metallorganischen Verbindungen
Graphitnanospeichern