Herstellung neuartiger Sperrschichten an Polymermaterialien zur Verminderung der Wasserstoffpermeation (PerWas)

AUFGABENSTELLUNG

Die Sektoren Energiewirtschaft, Industrie und Verkehr zählen weltweit als die größten Emittenten von Treibhausgasen. Vor dem Hintergrund internationaler Klimaschutzziele gewinnt die Reduktion von Kohlenstoffdioxid und weiteren Treibhausgasen zunehmend an Bedeutung. Neben Effizienzsteigerungen und dem Ausbau erneuerbarer Energien rückt insbesondere Wasserstoff als klimafreundlicher Energieträger und als Speichermedium für erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie in den Fokus energiepolitischer Strategien.
Trotz technologischer Fortschritte bestehen jedoch weiterhin erhebliche Herausforderungen hinsichtlich der sicheren, effizienten und wirtschaftlichen Speicherung von Wasserstoff. Die Speicherung in kleinen und mobilen Tanks, mit teilweise ans Fahrzeug angepassten Geometrien, stellt dabei aufgrund der Permeationseigenschaften des Wasserstoffs und der damit verbundenen Verlustrate sowie der strukturellen Beanspruchung durch die vorherrschenden Druckverhältnisse noch immer eine besondere materialtechnische und konstruktive Herausforderung dar.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Wasserstoffspeichertanks der neuesten Generation (Typ V) mit einer signifikant verbesserten Permeationsbarriere. Mit den im Vorhaben entwickelten Rezepturen und Technologien soll die Wasserstoffdurchlässigkeit deutlich verringert und gleichzeitig eine industrielle Umsetzung ermöglicht werden.
In bisherigen Wasserstoffdrucktanks (Typ IV) übernahm der Kunststoffliner (Polyamid, Polyethylenterephthalat) in der Regel die Aufgabe der Permeationsbarriere. Bei einem Verzicht auf den thermoplastischen Liner ergibt sich zwar die Möglichkeit zu einer Gewichtsreduktion um bis zu 20 %, damit sind jedoch andere Maßnahmen zur Verhinderung der Permeation notwendig. Im Projekt soll dabei mit Hilfe der Parylene-Abscheidung und der Beschichtung mit EVOH und PVA eine Permeationsbarriere für Wasserstoff auf der CFK-Matrix realisiert werden, welche nicht nur das Eindringen des Gases in das Material, sondern auch die Diffusion durch das Material (ggf. auch durch die Mikrorisse) und somit einen Verlust an Wasserstoff effektiv verhindert. Des Weiteren sollen die veredelten Materialien mechanisch und thermisch stabil sein. Diese Anforderungen sollen über die Variation der verwendeten Parylenetypen, einen mehrlagigen Schichtaufbau mit EVOH und PVA sowie ggfs. eine Kombination von verschiedenen Beschichtungstechnologien realisiert werden.

NUTZEN | AUSBLICK

Die Projektergebnisse stärken insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette von Wasserstofftanks. Mit den Ergebnissen können KMU, z. B. Hersteller faserverstärkter Kunststoffe, Hersteller daraus gefertigter Tanks sowie Hersteller der dafür notwendigen Anlagentechnik, neue leistungsfähigere Produkte anbieten. Dies wiederum hat einen positiven Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und damit die Sicherung ihrer Marktposition.