Neue Prüftechnik für Wasserstofftanks patentiert

Wasserstoff gilt als alternativer Kraftstoff für die Mobilität der Zukunft. Um Wasserstoff für die Mobilität nutzen zu können, muss er im gasförmigen Zustand in speziellen Hochdrucktanks gespeichert werden. Die Hochdruckstanks sind aus Kohlefaser gefertigt und unterliegen strengen Prüfkriterien. Die EU-Regelung UN R134 schreibt vor, dass jeder 200. produzierte Tank mit 22.000 Betankungszyklen geprüft werden muss. Der Energieaufwand dafür ist enorm, da der Tank unter Hochdruck gesetzt und wieder entlastet werden muss, und das eben 22.000 Mal.

Enorme Energieersparnis

„Setzt sich Wasserstoff als zusätzlicher alternativer Kraftstoff in der Mobilität durch, steigt auch der Bedarf an Wasserstofftanks. Man kann sich leicht vorstellen, wie Stromverbrauch und Energiekosten für das Testen der Tanks dann explodieren“, sagt Karl Fischereder, Geschäftsführer der Dorninger Hytronics GmbH. In Zusammenarbeit mit dem Linz Center of Mechatronics (LCM) hat er ein patentiertes Verfahren entwickelt, das rund 80 Prozent Energie und damit Tausende Tonnen CO₂ spart, sowie den Material- und Rohstoffbedarf drastisch senkt. Damit sinken auch die Kosten des Prüfverfahrens enorm.

Normalerweise werden die Hochdrucktanks im Konstantdruckverfahren geprüft. Für einen typischen Tank mit 350 Litern Fassungsvermögen sind bei 22.000 Zyklen rund 8900 kWh Strom nötig. Dabei werden mehr als vier Tonnen CO₂ ausgestoßen, die Kosten betragen, bei einem Strompreis von 20 Cent je kWh, 1780 Euro. Dorninger Hytronics hat ein Verfahren mit rückspeisefähigen Servopumpen entwickelt, bei dem die Tanks zu 100 Prozent mit Wasser gefüllt werden. „Schon diese Methode benötigt um 50 Prozent weniger Energie“, erklärt Fischereder. „Zusätzlich ersetzen wir beim neuen patentierten Verfahren einen Teil des Wassers durch Festkörperkugeln. Das Füllmaterial besteht nur mehr zu 37 Prozent aus Wasser, das verdichtet werden muss. Der Energiebedarf sinkt dadurch erneut um 63 Prozent.“ Insgesamt spart die Methode rund 80 Prozent Energie im Vergleich zu bisher am Markt verfügbaren Testständen. Außerdem kann das Füllmaterial für die nächste Prüfung wiederverwendet werden.

Energie im Kreislauf

Doch damit nicht genug. Das patentierte System ist rückspeisefähig. Beim Beladen des zu prüfenden Tanks wird hydraulische Energie zugeführt. Der Antrieb der Servopumpe arbeitet dabei als Motor und bezieht dafür Strom aus dem Netz. „Wenn der Tank wieder entladen wird, kehrt sich die Drehrichtung des Antriebs um, er wird zum Generator. Dieser entnimmt die hydraulische Energie, wandelt sie in elektrische Energie um und führt sie ins Stromnetz zurück“, erläutert Fischereder. Das patentierte Dorninger Hytronics-Verfahren braucht so für 22.000 Prüfzyklen nur 1780 kWh. Das entspricht 20 Prozent des Energieaufwands für die Prüfung im Konstantdruckverfahren, stößt nur 0,8 Tonnen CO₂ aus und kostet nur 356 Euro.

Das von Dorninger Hytronics entwickelte Prüfverfahren hat noch weitere Vorteile. Der Antrieb benötigt weniger Stromleistung, dadurch sinken die Installations- und Betriebskosten. Auch der Energieaufwand für die Kühlung des hydraulischen Systems ist geringer, außerdem wird der Prüfvorgang sicherer. Durch das geringere Volumen des Prüfmediums sind die Auswirkungen auf den Prüfstand weniger gravierend, falls ein Tank bei der Prüfung versagt. Das erhöht die Arbeitssicherheit am Prüfstand, reduziert die baulichen Schutzeinrichtungen und ermöglicht den Bau eines serientauglichen, kompakten Prüfstands.

Effizient, klimafreundlich und günstig

Der Geschäftsführer rechnet weiter vor: „Würden alle im Jahr 2025 weltweit produzierten Wasserstofftanks mit dem neu entwickelten Prüfstand geprüft, könnten verglichen mit einem Konstantdrucksystem 326 GWh Strom, 146.700 Tonnen CO₂ und 65,4 Millionen Euro an Energiekosten eingespart werden.“ Denn das herkömmliche System braucht für das Prüfen von 45.000 Tanks 400 GWh Strom, stößt 180.000 Tonnen CO₂ aus und kostet 80 Mio. Euro an Energie. Das neue patentierte Dorninger Hytronics-Verfahren braucht für 45.000 Tanks nur 74 GWh Strom, stößt nur 33.300 Tonnen CO₂ aus und kostet damit nur 14,8 Mio. Euro. Es können so 80 Prozent der Kosten eingespart werden.

Professionelle Beratung

Da die komplexe Entwicklung des neuen Verfahrens mit erheblichem Aufwand und mit hohen Kosten verbunden war, wandte sich die Dorninger Hytronics GmbH an die oö. Standortagentur Business Upper Austria. Patentrechtsexperte Udo Gennari führte die Patentrecherche durch und fand keine Patente vergleichbarer Verfahren. Daher wurde das Prüfverfahren nach Dorninger Hytronics beim österreichischen Patentamt angemeldet. Die Förderexperten Florian Winner und Juliane Rieger unterstützten beim Erstellen und Einreichen des Förderantrags. Das Projekt erhielt schließlich eine sechsstellige Summe aus dem Basisprogramm der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG. Das Team der Standortagentur vermittelte auch zum Forschungspartner Linz Center of Mechatronics. 

Serienreifer Vorreiter

„Mit dem völlig neu entwickelten Verfahren steht eine serienreife Lösung bereit. Weltweit gibt es bislang lediglich Prototypen. Sobald die Automobilindustrie verstärkt auf den Wasserstoffantrieb setzt, werden wir mit unserem Prüfverfahren in Serie gehen“, kündigt Fischereder an.

Die Dorninger Hytronics GmbH designt und produziert individuelle, maßgeschneiderte Hydraulik- und Mechatroniklösungen. Das Produktportfolio umfasst Hydraulikaggregate und -systeme, Steuerblöcke, Hydraulikzylinder, elektrische Steuerungen, Fahrtechnik und Prüfstände. Die Unternehmenszentrale in Unterweitersdorf beschäftigt rund 200 Mitarbeitere auf 8800 m². 

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