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德语Wasserstoff ist eine der vielversprechendsten umweltfreundlichen Energien der Zukunft. Als das am häufigsten vorkommende Element im Universum stellt es eine unerschöpfliche Quelle sauberer Energie dar, die durch Brennstoffzellen ohne giftige Abfälle oder Treibhausgasemissionen in Strom umgewandelt werden kann. Der Schlüssel zur flächendeckenden Nutzung von Wasserstoff liegt jedoch in effizienten Strategien zur Speicherung und Bereitstellung, insbesondere beim Einsatz für stationäre und automobile Anwendungen.
Wasserstoff kann in flüssiger oder gasförmiger Form gespeichert werden, entweder zur Langzeitspeicherung in natürlichen geologischen Formationen (z. B. Salzkavernen, ausgekleideten Hartgesteinskavernen und erschöpften Öl- und Gasfeldern) oder kurzfristig als komprimiertes Wasserstoffgas für den Transport usw -Board-Anwendungen in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen. Die Flüssigspeicherung wird bevorzugt, da sie bei gegebener Energiedichte weniger Platz benötigt.
Um für den praktischen Einsatz ausreichende Energiedichten zu erreichen, muss Wasserstoff auf ein hohes Druckniveau komprimiert werden. Dies kann mit herkömmlichen mechanischen Kompressionstechnologien erreicht werden wie Kolben-, Membran- und Linearkompressoren oder innovative nichtmechanische Technologien, die speziell für Wasserstoff entwickelt wurden, wie kryogene, Metallhydrid- und elektrochemische Kompressoren.
Im Falle der Gasspeicherung ist es wahrscheinlich, dass Wasserstoff mit Erdgas gemischt wird, um ihn in der bestehenden Pipeline-Infrastruktur zu transportieren. Die Energiedichte dieser Lösung wird durch die Kapazität der Pipeline und ihre Materialintegrität sowie durch die Fähigkeit der Endverbraucher, große Mengen Wasserstoff zu verarbeiten, begrenzt. Derzeit laufen mehrere Forschungsanstrengungen, um die Leistung dieses Systemtyps zu bestimmen (siehe Kurz et al., 2020a und b).
Für die Flüssigkeitsspeicherung besteht die beste derzeit verfügbare Option darin, Wasserstoff als Alkalimetallborid wie Nickelborhydrid (NbH) zu speichern, das den Betrieb bis 1.000 °C mit einem Carnot-Wirkungsgradverlust von nur 40 % aufrechterhalten kann. Dennoch ist diese Art von Material anfällig für Vergiftungen durch die Spuren von Sauerstoff und Wasser, die sich bei solch hohen Temperaturen in der Umgebungsluft befinden. Darüber hinaus ist die Herstellung von NbH teuer und zeitaufwändig.
Ein schnellerer und kostengünstigerer Ansatz ist die Verdichtung von Wasserstoff mithilfe von Kreiselpumpen, eine Technik, die in industriellen Anwendungen bereits weit verbreitet ist. Allerdings sind die Betriebsbedingungen solcher Pumpen sehr anspruchsvoll und können zu einem hohen Verschleiß der Pumpenkomponenten führen. Dies gilt insbesondere für Rotoren, die großen Rotationsbeschleunigungen und Vibrationen ausgesetzt sind. Die daraus resultierenden Schäden an den Rotorblättern und Dichtungen erhöhen die Wartungs- und Reparaturkosten und können die Effizienz der Pumpe und damit die Gesamtzuverlässigkeit des Systems beeinträchtigen.
Um dieses Problem anzugehen, hat das Southwest Research Institute (SwRI) einen linearmotorgetriebenen Kolbenkompressor namens LMRC entwickelt, der speziell für die Komprimierung von Wasserstoff für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) entwickelt wurde. Diese luft- und hermetisch abgedichtete Maschine nutzt eine Kombination aus von SwRI entwickelten Lösungen zum Schutz vor Versprödung und Zersetzung, darunter Beschichtungen, Ventilkonstruktionen und hermetische Kolben. Es verfügt außerdem über ein Linearmotordesign, das den Stromverbrauch und die Anzahl der beweglichen Teile reduziert und so die Effizienz, Zuverlässigkeit und den Produktlebenszyklus erhöht.
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