MAST3RBoost
Neuartige Wasserstofftanks als Beitrag zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors
02.09.2022
MAST3RBoost (Maturing the Production Standards of Ultraporous Structures for High Density Hydrogen Storage Bank Operating on Swinging Temperatures and Low Compression) ist ein europäisches Projekt, das darauf abzielt, durch die Entwicklung einer neuen Generation von ultraporösen Speichermaterialien (Aktivkohlen/ACs und metallorganische Gerüstverbindungen/MOFs) für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge (Straßen- und Schienenverkehr, Luft- und Wassertransport) eine industrie-taugliche Lösung für die H2-Speicherung bei kryogener Speichertemperatur (~-180°C) unter Kompression (100 bar) zu schaffen.
Ziel ist es, die H2-Aufnahmekapazität um 30 % zu erhöhen und Syntheseverfahren im Labormaßstab in industrieähnliche Herstellungsprozesse überzuführen. Dies brächte erhebliche Fortschritte für die Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung und wäre ein wesentlicher Beitrag zur Dekarbonisierung.
Mit über 1.000 Millionen Tonnen CO2-Ausstoß ist in Europa der Verkehrssektor bereits für ein Drittel der klimaschädlichen CO2- Emissionen verantwortlich. Eine Dekarbonisierung des Mobilitätsbereichs ist daher dringend notwendig, und dazu können Brennstoffzellen- und Wasserstoffbatterien (FCH) als Antriebslösung gerade bei größeren Fahrzeugen wie Lastwagen, Bussen, Schiffen oder Zügen entscheidend beitragen. Ein nicht unwesentlicher wirtschaftlicher Faktor – Expert:innen gehen allein in der Europäischen Union davon aus, dass es sich dabei um einen Markt von 130 Milliarden Euro handelt.
Stand der Technik für die Wasserstoffspeicherung an Bord von Fahrzeugen basiert aktuell auf der Kompression von H2 bei 700 bar und liegt hier derzeit bei 25 Gramm H2 pro Liter Speichervolumen. Eine sehr niedrige Zahl, wenn man bedenkt, dass angestrebt wird, in Zukunft rund 5 kg H2 in einen Benzin-äquivalenten Tank (80 kg/90 l) zu packen. Die mit einer effizienten H2-Speicherung verbundenen Schwierigkeiten führen somit zu einer sehr langsamen Verbreitung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV). Das Ziel von MAST3RBoost ist es, mindestens 40 Gramm H2 pro Liter zu erreichen. Dies ist ein wichtiger Meilenstein, der dazu beitragen würde, eine echte Alternative für herkömmliche klimaschädliche Verbrennungsmotoren zu bieten.
Basierend auf einer durch Machine-Learning-Methoden optimierten neuen Generation von ultraporösen Materialien wie Aktivkohle und hochdichten metallorganischen Gerüstverbindungen soll im Projekt MAST3RBoost der weltweit erste adsorptionsbasierte Demonstrator im kg-Maßstab entwickelt werden. Dabei kommen im Sinne eines kreislaufwirtschaftlichen Ansatzes insbesondere recycelte Rohstoffe zur Anwendung. Im Fokus des Forschungs- und Entwicklungsprozesses steht eine Lebenszyklusanalyse, um so die Gesamtumweltauswirkungen zu minimieren und die wirtschaftliche Leistung des Wasserstoffspeichersystems bereits in der Entwurfsphase zu verbessern.
Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen des AIT bringt insbesondere seine Expertise im Bereich Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) ein. Stephan Ucsnik, der AIT-Projektverantwortliche, erläutert: „Das Demonstratorbauteil, ein neuartiger Wasserstofftank, soll am LKR mittels WAAM hergestellt werden. Dabei werden spezielle am LKR entwickelte Aluminium- und Magnesiumlegierungen zum Einsatz kommen.
Das von Envirohemp koordinierte Projekt hat eine Laufzeit von vier Jahren und stützt sich auf dreizehn Partner aus acht verschiedenen Ländern: Envirohemp S.L. (Spanien); Contactica S.L. (Spanien); Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Spanien); CIDETEC Surface Engineering Institute (Spanien); Spike Renewables SRL (Italien); EDAG Engineering Gmbh (Deutschland); Nanolayers OU (Estland); LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Österreich); University of Pretoria (Südafrika); Council For Scientific And Industrial Research (Südafrika); Stellantis (Portugal); TWI (UK); University of Nottingham (UK).