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Über dieses Buch

Philipp Andreas Rosen untersucht Ansätze zur Optimierung von Wasserstoffdruckgasspeichern für die automotive Anwendung. In den Vordergrund stellt er die Optimierung der Speichergeometrie und die thermischen Eigenschaften des Zylindermaterials. Die Geometrieoptimierung gliedert sich in zwei Hauptaspekte: Zum einen bewertet der Autor die konventionelle, zylindrische Speicherform mit einem 1D-Modell. Zum anderen untersucht er verschiedene Speicher­geometrien. Zwei favorisierte Formen bildet er anschließend zur Analyse in CFK-gerechten FEM-Simulationen ab. Zur thermischen Optimierung betrachtet der Autor insbesondere den Tankinnenbehälter (Liner) mit dem Ziel, Wärme aus dem Zylinder besser nach außen zu transportieren. Dazu versetzt er Linermaterialien mit Füllstoffen in unterschiedlichen Füllgraden und untersucht deren thermische sowie mechanische Eigenschaften. Die ermittelten thermischen Materialeigenschaften werden abschließend in CFD-Simulationen verwendet, um das Potenzial von thermisch verbesserten Typ IV-Zylindern (Typ IV advanced) zu bewerten.

Der Autor

Philipp Andreas Rosen ist Entwicklungsingenieur im Bereich Gasspeichersysteme für CNG und Wasserstoff.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Über das Ende der fossilen Brennstoffe wird durch die stetige Veröffentlichung neuer Hochrechnungen zur Reichweite der Primärenergieträger kontrovers diskutiert. In einem sind sich alle Beteiligten jedoch einig, die fossilen Energieträger sind endlich und deren Förderung wird in Zukunft immerzu unwirtschaftlicher [1]. Diese Tatsache ist unter anderem Grundlage für die Forschung zur Nutzung alternativer Energiequellen, Energieträger sowie Antriebssysteme.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 2. Wasserstoff als Energieträger und seine Eigenschaften

Wasserstoff, seit dem 18. Jahrhundert als chemisches Element bekannt [5], besitzt die geringste atomare Masse aller bekannten chemischen Elemente und besitzt gleichzeitig die höchste gravimetrische Speicherdichte aller bekannten Energieträger [6]. Auch wenn Wasserstoff auf der Erde nahezu unbegrenzt vorkommt, so ist er in der Regel in Verbindungen wie z.B. Wasser gebunden.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 3. Wasserstoffspeichertechnologien

Der sichere Einschluss von Wasserstoff als Druckgas bei 200bar ist seit über 100 Jahren ohne Probleme gängige Praxis [6]. Im Jahr 1998 wurden bei Abrissarbeiten einer Chemiefabrik in Frankfurt, die in den 30er Jahren für die Wasserstoffversorgung der am örtlichen Flughafen startenden Zeppeline zuständig war, zwei Gasflaschen aus Stahl mit Wasserstoff gefunden. Nach dem Unglück der Hindenburg 1937 war kein Wasserstoff mehr nötig gewesen und die Flaschen gerieten in Vergessenheit.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 4. Grundlagen

Hintergrund zur Darstellung einiger Normen und Vorschriften sowie physikalischer Eigenschaften ist die im Rahmen dieser Arbeit avisierte Optimierung der Druckgasspeichertechnologie. Aufgrund des dargestellten Verhaltens von Wasserstoff (vgl. Kap. 2) und der kurzen Betankungsdauer, unterliegt das Tanksystem einer enormen Temperaturbelastung. Um die entstehende Wärme besser aus dem Tanksystem abführen zu können, soll die Wärmeleitfähigkeit des Zylinders verbessert werden.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 5. Geometrieoptimierung von CGH2-Speichern

Die volumetrische Speicherdichte von Wasserstoffspeichertechnologien ist für die automobile Anwendung von großer Bedeutung, da der verfügbare Bauraum stark begrenzt ist. Die Speicherdichte heutiger und alternativer Speichertechnologien ist bereits in Kap. 3 ausführlich beschrieben. Auch wenn der Druckwasserstoffspeicher heute insgesamt den Benchmark für die Wasserstoffspeicherung im Fahrzeug darstellt, so sind die Packageanforderungen nur schwer zufriedenstellend mit dem Tanksystemdesign zu vereinen.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 6. Thermisch optimierte Typ IV Zylinder

Mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen kann, in Abhängigkeit von Verbrauch und Größe des H2-Speichersystems, eine für elektrisch angetriebene Fahrzeuge hohe Reichweite erzielt werden. Ein wesentlich beträchtlicherer Vorteil gegenüber rein batterieelektrischen Fahrzeugen ist jedoch die Möglichkeit einer schnellen Wiederbefüllung des Speichersystems. Ziel ist hierbei eine kundenfreundliche Betankung in etwa drei Minuten (nur Befüllzeit) zu realisieren.
Philipp Andreas Rosen

Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick

Vor dem Hintergrund der nur endlich verfügbaren fossilen Primärenergieträger sowie einer notwendigen Begrenzung des CO2 Ausstoßes, um der Klimaerwärmung entgegenzuwirken, wird an alternativen Antrieben zur Sicherung der Mobilität geforscht und entwickelt. Eine der Technologien, welche das Potenzial besitzen mit, regenerativen Energien dieses Ziel zu erreichen, sind Brennstoffzellenfahrzeuge, welche als Energieträger Wasserstoff tanken. Natürlich kann dieses Konzept nur erfolgreich sein, wenn der verwendete Wasserstoff ebenfalls CO2-neutral mit Hilfe regenerativer Energien erzeugt wird.
Philipp Andreas Rosen

Backmatter

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