Verfahren und Vorrichtung zur Beladung von Wasserstoff-speichernden Feststoffen

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Beladung und reversible Speicherung von Wasserstoff in einem kristallinen Feststoff durch Einsatz eines durch dielektrisch behinderte Entladung (DBE) erzeugten Plasmas. Der Wasserstoff kann durch Erwärmung bedarfsweise aus dem Speichermaterial entnommen werden, wobei die Struktur des Speichermaterials makroskopisch erhalten bleibt.

Herausforderung

Der Einsatz fossiler Brennstoffe muss für eine erfolgreiche Energiewende weiter zurückgefahren werden. Wasserstoff gilt als Ersatz für Gas und Öl schon heute als der Energieträger der Zukunft. Allerdings ist Wasserstoff aufgrund seiner geringen Dichte sehr leicht flüchtig. Demnach spielen geeignete Technologien für eine möglichst verlustfreie Handhabung (Beladung, Speicherung und Entnahme) von Wasserstoff eine wichtige Rolle. Eine besondere Herausforderung liegt dabei in der Wahl von geeigneten Speichermaterialien. Die sogenannten Metallhydride stellen vielversprechende Verbindungen für die Speicherung von Wasserstoff dar, insbesondere für Anwendungen im Verkehrssektor. Ihre hohe Reaktivität mit Feuchtigkeit und die schwierige Handhabung in Umgebungsatmosphäre verhindern eine einfache Anwendung in Tanks und damit die Marktdurchdringung.

Unsere Lösung

Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Beladung und reversible Speicherung von Wasserstoff in kristallinen Feststoffen durch Nutzung von DBE. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. Das Speichermaterial (kristallines Metallhybrid) kann partikelförmig sein, als Schüttung vorliegen oder ein Formling sein, und ist von zumindest einer speziellen Polymerschicht eingefasst, die für Wasserdampf und Sauerstoff undurchlässig ist. Folglich ist das Speichermaterial vor äußeren Einflüssen gut geschützt. Durch das Kontaktieren des Speichermaterials mit gasförmigem Wasserstoff wird ein DBE erzeugt und eine reversible Speicherung ermöglicht. Der Behälter verfügt über eine Heizung, über die das Speichermaterial gezielt erwärmt und dadurch Wasserstoff erneut freigesetzt werden kann, ohne das Speichermaterial makroskopisch zu verändern. Die Vorrichtung kann über die Einlassleitung mit einem Wasserstofftank und über die Auslassleitung mit einem Verbraucher (z.B. Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle) verbunden werden.

Abbildung:
Vorrichtung zur Beladung von Wasserstoff-speichernden Feststoffen mit Wasserstoff (gemäß DE102018219720A1), bestehend aus Behälter 1, poröser Trägerschicht 2, Deckel 3, Einlassleitung 4, Speichermaterial 5, Auslassleitung 6 sowie Elektroden 7 und 8. (Adaption nach Patentanmeldung)

Vorteile

  • Beladung bei niedrigen Drücken (z.B. Umgebungsdruck) möglich
  • Beladung bei niedrigen Temperaturen (z. B. Umgebungstemperatur) möglich
  • Reversible Speicherung möglich
  • Speichermaterial vor Feuchtigkeit und Sauerstoff geschützt (Langlebigkeit)

Anwendungsbereiche

  • Wasserstoffspeicher/Wasserstofftanks
  • Verbrennungsmotoren
  • Brennstoffzellen
  • Zentrale/dezentrale Stromerzeugung

Entwicklungsstand

Die Vorrichtung und das Verfahren wurden im Labormaßstab erfolgreich getestet.

23.03.2022

Kontakt

Forschungseinrichtung:
Prof. Dr. Wolfgang Maus-Friedrichs
Dr. Georgia Sourkouni
Dr. Sebastian Dahle
Maik Szafarska
Clausthaler Zentrum für Materialtechnik

Technologietransfer:
Bertram Eversmann
Telefon: +49 5323 72-7756
E-Mail: bertram.eversmann@tu-clausthal.de