Zukunftsthema Wasserstofftransport

Auf zu neuen Ufern: Wie Empa zur Entwicklung von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb beiträgt

Die Schweizer Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) betreibt jeden Tag Spitzenforschung, unter anderem zur Frage, wie die Schweizer Wirtschaft nachhaltiger gestaltet werden kann. Der Demonstrator für Mobilität von Empa namens „move“ ist ein zentraler Bestandteil dieser Forschungen. Hier wird gezeigt, wie das Transportwesen von neuen Technologien, wie batteriebetriebenen Elektroantrieben, Wasserstoff-Brennstoffzellen und synthetischen Kraftstoffantrieben profitieren kann.

„Unser Ziel ist es, Forschung in marktfähige Innovationen zu verwandeln“, so Dr. Brigitte Buchmann, Leiterin der Abteilung Mobilität, Energie und Umwelt bei Empa. „Wir sehen uns selbst als Brückenbauer zwischen Forschung und Anwendungen“.

Wasserstofftransport ist ein sehr wichtiges Thema für „move“. Neben Forschung zur Lagerung und zum Einsatz von Wasserstoff besteht ein Hauptziel von „move“ darin, einen wissenschaftsbasierten Weg zur Umsetzung neuer Technologien zu finden. In diesem Zusammenhang wurde eine neue Verschraubungstechnologie für Hochdruckinstallationen – eine Entwicklung von Swagelok – in Zusammenarbeit mit der entsprechenden Sicherheitsbehörde, Suva, für den Ersteinsatz in Anlagen von „move“ evaluiert. Diese Evaluierung führte dazu, dass bereits bestehende Installationsrichtlinien in der Schweiz überarbeitet wurden, sodass die neue Technologie nun für den Markt zugelassen ist.

Empa und Swagelok arbeiten bereits seit den 1960er-Jahren zusammen. Diese Geschäftsbeziehung hat sich mit den neuen Forschungsbereichen von Empa weiter vertieft. Erfahren Sie hier, wie Empa und „move“ weiterhin große Fortschritte beim Thema Wasserstofftransport machen – ein Bereich, der stark im Kommen ist.

Wasserstoff: Herausforderungen meistern

Wasserstoff muss bei hohem Druck gespeichert werden, um die notwendige Energiedichte zu erreichen. Bei der Betankung eines Fahrzeugs mit Wasserstoff kommt es zu einem signifikanten Temperaturanstieg im Wasserstoffzylinder. Um eine vorzeitige Ermüdung des Behältermaterials zu verhindern, muss der Wasserstoff vor der Betankung des Fahrzeugs auf -40 °C heruntergekühlt werden. Empa sucht nach Alternativen für diesen Prozess des Vorkühlens und führt detaillierte Simulationen verschiedener Zuflussgeometrien sowie thermodynamische Analysen durch.

„Die Sicherheit steht bei der Planung und Durchführung unserer Wasserstoffexperimente an erster Stelle“, sagt Christian Bach, Leiter des Bereichs Fahrzeugantriebssysteme bei Empa. „Wir sind daher sehr an einer Zusammenarbeit mit industriellen Partnern wie Swagelok interessiert, die uns umfassend beraten und mit qualitativ hochwertigen Produkten unterstützen können“. Die Anwendungen von Empa müssen viele Richtlinien und Normen sowie allgemeine Anforderungen und Testverfahren für den sicheren Betrieb von Wasserstoffinstallationen erfüllen.

Verschraubungen der FK-Serie gewährleisten einen dauerhaften leckagefreien Betrieb. Die mechanische Festigkeit der Verbindungen ist dabei mit einer geschweißten Verbindung zu vergleichen.

Um Sicherheitsprobleme zu verhindern und Sicherheitsanforderungen zu entsprechen, setzte Empa vor der Zusammenarbeit mit Swagelok geschweißte Konus-/Gewindeverbindungen ein: Swagelok^® Verschraubungen der Serie FK, die speziell für den Gebrauch in Wasserstoffanwendungen entwickelt wurden. Die Verschraubungen der Serie FK machten den benötigten leckagefreien Betrieb möglich. Die mechanische Festigkeit der Verbindungen ist dabei mit einer geschweißten Verbindung zu vergleichen. Außerdem ist die Instandhaltung der FK-Verschraubungen einfacher, was sich durch geringere Arbeits- und Wartungskosten bemerkbar macht.

„Die Verschraubungen der Serie FK boten sich für die Wasserstoffspeicherung bei Empa an“, so Thomas Freund, Managing Director, Swagelok Switzerland. „Ihre größten Vorteile sind die einfache Installation, die erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie die verbesserte Leckagefreiheit“.

Rundum-Unterstützung für eine nachhaltige Zukunft

Bei der Entwicklung von Lösungen für die Technologie der Wasserstoff-Brennstoffzellen hat Empa nicht nur bei der Produktauswahl eng mit Swagelok zusammengearbeitet.

In der Forschungsinstitution Empa sind regelmäßig Studenten tätig, die eine angemessene Einweisung in die Arbeit mit den Systemen und der Technologie von „move“ benötigen. „Zu Beginn jedes Semesters durchlaufen die bei uns tätigen Studenten Sicherheitsschulungen zur Installation von Rohrverschraubungen, dem Biegen von Rohren und zu anderen Grundkenntnissen“, sagt Freund. „Das ist Bestandteil unseres Vor-Ort-Sicherheitskonzepts und wichtig, um die Zuverlässigkeit des Systems zu sichern“.

Empa nutzt außerdem die lokalen Auslegungs- und Installationsservices von Swagelok und erhält so für seine „move“-Labore zuverlässige, vormontierte Teilsysteme für die Wasserstoffspeicherung. Dazu gehören beispielsweise Speichertanksysteme und Gasverteiler. So kann man sich bei „move“ ganz auf die Forschungsarbeit konzentrieren und verliert keine wertvolle Zeit mit der Montage aufwendiger Systeme.

„Uns ist es wichtig, dass unsere Partner in der Industrie sich mit uns neuen Herausforderungen stellen und neue Technologien umsetzen“, so Bach. „Wir benötigen ehrliche und genaue Informationen, um die bestmöglichen Systeme zu bauen. Und genau das leistet Swagelok“.

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