Wasserstofftankstelle der OMV Bildquelle: © OMV

Wasserstoff für den Individualverkehr

Unser blauer Planet, der er einst mal war, vergraut von Zeit zu Zeit. Aufgrund des gestiegenen Kohlendioxidausstoßes beschäftigt sich das Nationale Innovationsprogramm (NIP) mit der Umsetzung alternativer Energieformen, auch in der Fahrzeugbranche.

In Deutschland sollen bis zum Jahr 2023 bis zu 400 Wasserstofftankstellen erbaut werden. In Bayern befindet sich derzeit eine solche Tankstelle in der Realisierung. Chakkrit Na Ranong, Professor für Verfahrenstechnik an der Technischen Hochschule in Nürnberg, erklärt den Umfang einer solchen Tankstelle.

Christina Rüges: Die Funktionsweise einer Wasserstofftankstelle scheint auf den ersten Blick sehr kompliziert zu sein. Welche Bauelemente stecken in einer solchen Tankstelle?

Chakkrit Na Ranong: Bei dieser Tankstellenart hat man einen großen Vorratsbehälter mit gasförmigem Wasserstoff bei einem relativ geringen Druck von etwa 30 Bar.  Weiterhin gibt es eine Nieder-, Mittel- und Hochdruckbank, die als Tankbehälter fungieren und somit den Sekundärenergieträger speichern. Diese werden alle von dem ionischen Verdichter befüllt. Dieser Verdichter saugt aus dem Vorratsbehälter den Wasserstoff an und bringt diesen auf die drei verschiedenen Druckniveaus. In der Hochdruckbank beträgt der Druck des Wasserstoffs immerhin 1000 Bar. Das Patent für die Funktionsweise des ionischen Verdichters hat die Linde AG.

Wasserstofffahrzeug bei der Betankung an einer OMV Wasserstofftankstelle Bildquelle: © OMV

Wasserstofffahrzeug bei der Betankung an einer OMV Wasserstofftankstelle
Bildquelle: © OMV

Rüges: Die Betankung eines konventionellen Fahrzeugs stellt für jeden Fahrzeughalter keine große Herausforderung dar. Wie sieht der Betankungsvorgang bei einem Wasserstofffahrzeug aus?

Na Ranong: Ein typischer Betankungsprozess beginnt wie beim herkömmlichen Tanken mit dem Ankoppeln der Tankstelle an den Zapfstutzen. Von dieser wird zunächst ein kurzer Druckstoß abgegeben, wodurch sich die Rückschlagarmatur am Fahrzeugtank öffnet. Es findet ein Druckausgleich statt und der aktuelle Druck im fast leeren Tank kann gemessen werden. Dadurch ist der vorhandene Druck im Fahrzeugtank bekannt und eine Software der Tankstelle berechnet daraus den angezielten Enddruck. Nachdem der Enddruck feststeht, wird zuerst die Niederdruckbank, dann die Mitteldruckbank und schlussendlich die Hochdruckbank geöffnet. Bei den Übergängen zu den verschiedenen Bänken strömt immer etwas von dem Wasserstoff über, bis der Tank vollständig befüllt ist. Natürlich bekommt diesen aufwendigen Vorgang der Kunde nicht mit.

Rüges: Auf welche Eigenschaften und Besonderheiten muss bei einer Wasserstofftankstelle geachtet werden?

Na Ranong: Die Fahrzeugtanks sind heute in der Regel mit gasförmigem Wasserstoff befüllt. Flüssiger Wasserstoff konnte sich bisher nicht durchsetzen. Die Betriebstemperaturen eines 700 bar-Fahrzeugtanks dürfen sich nur in einem Bereich von minus 40 bis maximal 85 Grad Celsius bewegen.

Rüges: An den bereits vorhandenen Tankstellen wird auf gewisse Sicherheitsmaßnahmen hingewiesen. Welche Sicherheitsmaßnahmen benötigt eine Wasserstofftankstelle?

Abbildung 1: Zulässiger Korridor für den Druck und gemessene Druckverläufe bei der Betankung eines Wasserstofffahrzeuges

Abbildung 1: Zulässiger Korridor für den Druck und gemessene Druckverläufe bei der Betankung eines Wasserstofffahrzeuges

Na Ranong: Die Sicherheit hat natürlich oberste Priorität, deswegen ist der Vorgang drei bis vierfach abgesichert. Der tatsächliche Druck ist auch entscheidend für die Sicherheit. Dieser hängt von zahlreichen Parametern ab. Diese müssen alle in die bereits erwähnte Berechnung des Enddrucks eingehen. Idealerweise ist der Tankvorgang mit einem Druckanstieg von fünf Bar pro Sekunde durchzuführen. Die blaue Kurve zeigt die im Fahrzeugtank und die rote Kurve, die direkt an der Tankstelle gemessenen Drücke während der Betankung an (Abbildung 1). Die beiden Kurvenverläufe ergeben sich durch das Überströmen des Wasserstoffs aus den drei verschiedenen Druckbänken in den Fahrzeugtank. Beide Kurven liegen in dem zulässigen Korridor. Um die zulässige Betriebstemperatur des Fahrzeugtanks von 85 Grad Celsius bei der Betankung nicht zu überschreiten, muss der Wasserstoff tankstellenseitig auf minus 30 Grad Celsius gekühlt werden. Dieser Aufwand wird betrieben, um keinen Unterschied zu der Tankzeit bisheriger Fahrzeuge zu bemerken. Nach nur drei Minuten soll der Wasserstofftank gefüllt sein. Das ist eine große technologische Herausforderung.

Beitragsbild Quelle: © OMV

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