Typ-IV-Wasserstoffspeicher: Neue Daten zum thermischen Verhalten beim Entleeren

ZBT untersucht die Temperaturentwicklung in einem 244-Liter-Hochdruckspeicher unter realen Betriebsbedingungen.

Wie verändert sich die Temperatur in einem Wasserstoffspeicher, wenn Wasserstoff entnommen wird? Eine neue Publikation von Lukas Willmeroth, Stefan Bever und Marin Frank untersucht diesen Prozess experimentell an einem 244-Liter-Typ-IV-Speicher auf dem Wasserstoff-Testfeld des ZBT.

Deutliche Temperaturunterschiede innerhalb des Wasserstoffspeichers

Beim Entleeren sinken Druck und Temperatur des Wasserstoffs im Speicher. Die Messungen des ZBT zeigen dabei eine ausgeprägte vertikale Temperaturschichtung: Der kälteste Bereich lag in allen untersuchten Fällen im unteren Teil des Speichers, während das Gas im oberen Bereich deutlich wärmer blieb. Bei sieben der acht Versuche erreichte die lokale Gastemperatur die für den Versuch festgelegte Untergrenze von −40 °C, bevor der Speicher auf einen niedrigen Restdruck entleert werden konnte.

Für die Versuche wurde ein kommerzieller 70-MPa-Typ-IV-Speicher mit 244 Litern Volumen mit insgesamt 16 Temperatursensoren im Inneren instrumentiert. Anders als viele bisherige Untersuchungen an kleineren Speichern fanden die Experimente im Freien auf dem ZBT-Wasserstoff-Testfeld statt. Die Studie zeigt, dass die bereits für kleinere Speicher beschriebenen thermischen Effekte auch bei einem deutlich größeren Typ-IV-Speicher auftreten.

Entleerungsrate und Betriebsstrategie spielen eine Rolle

Neben der Entleerungsrate beeinflussen auch Ausgangs- und Umgebungstemperatur die Temperaturentwicklung und die unter den jeweiligen Bedingungen entnehmbare Wasserstoffmenge. Besonders interessant ist der Vergleich verschiedener Entleerungsstrategien: In den untersuchten Versuchen konnte eine schnelle Entleerung zu Beginn mit anschließend reduzierter Rate mehr Wasserstoff verfügbar machen als die umgekehrte Reihenfolge. Für eine alternierende Entleerung mit wiederholten Unterbrechungen zeigte sich dagegen kein klarer Vorteil. Aufgrund der begrenzten Zahl von acht Versuchen verstehen die Autoren diese Ergebnisse ausdrücklich als qualitative Hinweise für weitere systematische Untersuchungen.

Messdaten, Versuchsaufbau und Ergebnisse im Detail

Wie groß waren die Temperaturunterschiede im Speicher? Welchen Einfluss hatten Massenstrom, Umgebungstemperatur und unterschiedliche Entleerungssequenzen? Die vollständige Publikation enthält den Versuchsaufbau, die Messdaten der acht Entleerungsversuche und die detaillierte Diskussion der Ergebnisse für mobile und stationäre Wasserstoffspeicher.

Kontakt

Lukas Willmeroth

+49 203 7598-2190

l.willmeroth@zbt.de

Portrait eines Manns mit Bart und grauem Jacket vor Bäumen