Verdichtung von Wasserstoff (Hydrogen)

 
Die effiziente Verdichtung von Wasserstoff (H₂) ist ein entscheidender Prozess in der Wasserstoffwirtschaft, insbesondere für Anwendungen in Brennstoffzellen, Wasserstoffspeicherung und -transport. Es gibt mehrere Systeme zur Verdichtung von Wasserstoff, aber die Wahl des effizientesten Systems hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Anwendungsanforderungen, der Größe der Anlagen und der Kosten. Hier sind einige der gängigsten Technologien zur Wasserstoffverdichtung und deren Effizienz: 

1. Mechanische Verdichter 

a. Kolbenverdichter 

• Funktionsweise: Diese Verdichter nutzen einen Kolben, der in einem Zylinder hin- und herbewegt wird, um das Gas zu komprimieren.
• Effizienz: Sie bieten eine hohe Verdichtungsrate und sind für hohe Drücke geeignet. Die Effizienz kann jedoch durch Reibung und Wärmeverluste beeinträchtigt werden.
• Anwendung: Weit verbreitet in industriellen Anwendungen und Wasserstofftankstellen.

b. Scrollverdichter 

• Funktionsweise: Bei dieser Technologie wird Wasserstoff zwischen zwei spiralig geformten Platten komprimiert.
• Effizienz: Scrollverdichter sind leiser, haben weniger bewegliche Teile und bieten eine hohe Effizienz, insbesondere bei mittleren Drücken.
• Anwendung: Ideal für Anwendungen, bei denen Geräuschpegel und Wartungsaufwand reduziert werden sollen.

2. Drehkolbenverdichter 

• Funktionsweise: Diese Verdichter nutzen rotierende Kolben in einem Gehäuse, um das Gas zu komprimieren.
• Effizienz: Sie sind in der Regel effizienter als Kolbenverdichter bei niedrigeren Drücken und für Anwendungen mit geringerem Gasvolumen geeignet.
• Anwendung: Häufig in der chemischen Industrie und in Prozessen, bei denen Wasserstoff in großen Mengen verarbeitet wird.

3. Hydraulische Verdichter 

• Funktionsweise: Diese Systeme verwenden hydraulische Energie zur Verdichtung des Gases.
• Effizienz: Sie sind effizienter als viele mechanische Verdichter, insbesondere bei hohen Drücken, und können die Wärmeentwicklung minimieren.
• Anwendung: Oft in spezialisierten Anwendungen, wo hohe Drücke erforderlich sind.

4. Elektrochemische Verdichter 

• Funktionsweise: Diese Technologie nutzt elektrochemische Reaktionen zur Verdichtung von Wasserstoff.
• Effizienz: Obwohl sie sich noch in der Entwicklung befindet, bieten sie das Potenzial für sehr hohe Effizienzen, da sie Wärmeverluste minimieren können.
• Anwendung: Forschungs- und Entwicklungssysteme, die für zukünftige Anwendungen in Betracht gezogen werden.

5. Membranverdichter 

• Funktionsweise: Diese Verdichter nutzen flexible Membranen, um Wasserstoff zu komprimieren.
• Effizienz: Sie bieten eine sehr saubere Verdichtung, da keine Schmierstoffe in Kontakt mit dem Wasserstoff kommen.
• Anwendung: Ideal für Anwendungen, bei denen Reinheit und Sauberkeit des Wasserstoffs entscheidend sind.

Fazit 

Die Wahl des effizientesten Verdichtungssystems für Wasserstoff hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. In vielen industriellen Anwendungen sind Kolbenverdichter aufgrund ihrer hohen Effizienz bei hohen Drücken am häufigsten anzutreffen. Allerdings haben diese Verdichter auch einige Nachteile: z.B. sind sie (wenn sie mit Kurbelwelle arbeiten) im Vergleich zu Schraubenverdichtern tendenziell weniger effizient, besonders bei hohen Drücken aufgrund der Bildung von Leckagen. Das kleine Molekül Wasserstoff dringt besonders leicht durch Dichtungen und Zwischenräume. Dieser Problematik kann das DKWS begegnen, da es durch die reduzierte Geschwindigkeit im Bereich des Übergangs von der Nieder- zur Hochdruckseite nahezu leckagefrei arbeiten kann. Auch die Wärmeverluste werden gemindert, da die Zeitspanne der Kompressionsphase verkürzt ist.

Durch die Querkräfte, die bei den heutigen Kolbenverdichtern vom Pleuel auf den Kolben übertragen werden, mindert sich die Effizient durch die entstehende Reibung an den Zylinderflächen. Die Dichtungen müssen zudem so ausgelegt werden, dass Wasserstoff dabei nicht entweichen kann. Da aber das DKWS keine Querkräfte auf den Kolben und damit die Zylinderflächen überträgt, punktet es auch hier gegenüber der herkömmlichen Technik.