Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Es gibt derzeit aufgrund des sich entwickelnden Marktes nur wenig Erfahrung mit der maritimen Produktion, der Offshore-Speicherung und dem Transport großer Mengen von Flüssigwasserstoff (LH2). Die Tankkonstruktionen beziehen sich auf Standardanwendungen für die Lagerung und den Transport an Land mit vakuumisolierten, doppelwandigen Konstruktionen aus austenitischem Edelstahl, welche eine vergleichsweise hohe Wärmediffusivität und -leitfähigkeit sowie ein erhöhtes Gewicht aufweisen. Dies verringert derzeit die Effizienz aufgrund des gesteigerten Boil-Offs und der ungünstigen gravimetrischen Speicherdichte.
Problemstellung
Der komplexe Aufbau von LH2 Tanks mit Innen- und Außenbehälter, üblicherweise aus tieftemperaturzähem austenitischem Stahl mit einer vergleichsweise hohen Wärmeleitfähigkeit (λ = 15 - 20 W / m K) und Wärmediffusivität (3.6 - 4.1 mm² / s) bestehend, bedingt ein hohes Tankgewicht. Dies wirkt sich negativ auf das Verhältnis von Ladungs- zu Transportmittelgewicht aus.
Zielstellung und Lösungsweg
Für die maritime Erzeugung sowie den Transport von LH2 sind somit neue Tankkonzepte notwendig. Hierbei werden innovative technische Ansätze aus der Raumfahrt (Faserwicklungen) sowie für Hochtemperaturanwendungen (Wärmedämmschichten „TBC“) aufgegriffen und zusammengeführt. Mithilfe in Umfangsrichtung applizierter Faserverstärkungen im zylindrischen Teil auf der Außenseite des Innentanks können strukturelle Unterstützungen für den Stahltank und folglich eine Reduzierung der Wandstärke erzielt werden. Die Applikation thermisch gespritzter TBC-Beschichtungen auf der Innenseite des Innentanks mittels neuartiger Materialien ist in Hinblick auf die Verbesserung der Isolationseigenschaften vielversprechend und zeigt beispielsweise eine um den Faktor zwei niedrigere Wärmediffusivität als der Tankwerkstoff.
Nutzen
Die entwickelten hybriden Stahl-FVK-Tanks für den LH2-Transport können den Markt der LH2-Speicher ergänzen und dadurch zum einen KMU im Bereich des Faserwickelns neue Geschäftsfelder eröffnen. Die untersuchten Materialeigenschaften thermisch gespritzter TBC (Isolation, kryogene Bedingungen), die bislang nur unzureichend erforscht sind sowie die gewonnenen Kenntnisse über die Anbindung der Faserwicklung auf Stahltanks bei tiefkalten Temperaturen bilden zum anderen eine Grundlage zur Auslegung gewichtsoptimierter LH2-Tanks und die Erschließung neuer Anwendungsfelder für sämtliche Akteure im Bereich der Wasserstoffherstellung, Logistik und Endanwendung.