Wie wird eine Wasserstoff-Gasflasche/ein Drucktank befüllt?

In der Gasflasche/im Tank sei zunächst Luft unter Normaldruck. Nun soll gasförmiges H2 mit z. B. 300 bar eingefüllt werden. Wie geht die Befüllung praktisch vonstatten?

Spülen mit Inertgas wie in Wasserstoff-gekühlten Kraftwerksanlagen oder eine Wasserfüllung, um Luft zu verdrängen, dürfte für Druckflaschen und Pkw-Tanks schwerlich praktikabel sein. Oder kümmert man sich um das bisschen Luft nicht, die unter Druck nur einen kleinen Bruchteil des Flaschen-/Tankvolumens beansprucht und sich wegen ihrer höheren Dichte ohnehin am Flaschen-/Tankboden konzentriert?

Trotz intensiver Suche bei Google sowie in Patent- und Firmenschriften finde ich nichts zu diesem Detail beim Befüllen von H2-Druckflaschen bzw. zum Tankvorgang bei Autos mit Brennstoffzellen.

Gruß
Wolfgang

Hallo Wolfgang,

Das Luftproblem hast du nur bei der ersten Füllung!

Dann steht der Tank unter druck, so kann aber keine Luft mehr in den Tank kommen.

Auch wenn du Flüssiggas einfüllst, ist das gasförmige Volumen reiner Wasserstoff.

MfG Peter(TOO)

Hallo,
zur Erstbefuellung wie beim Einbau kann ich mir vorstellen, man laesst die Luft einfach ab, nach ein wenig Befuellung mit Gas und anschliessend passender Lage mit Luft am Ventil. (umdrehen).
Gruss Helmut

Hallo Helmut!

Dein Tipp führte zur Lösung, die - wie so oft - simpel ist: Die Gasentnahme muss am unteren Teil des Tanks stattfinden, entweder tatsächlich mit unten angebrachter Entnahmeöffnung oder innerhalb des Tanks mit einem nach unten führenden Rohr. So entwichst zuerst die Luft, weil sie schwerer als Wasserstoff ist.

Auf den ersten Blick stört ein bisschen Luft im Tank nicht, aber die Trennung zwischen nach Verdichtung geringem Luftvolumen und Wasserstoff wird auch beim ruhenden Tank unscharf sein, so dass es eine Schicht explosionsfreudiger Luft-H2-Mischung gibt.

Für ein zunächst aus Liebhaberei (und Weltverbesserertum) betriebenes Projekt recherchiere ich mit Unterbrechungen seit Jahren. Immerhin bin ich mittlerweile so weit, dass ich mich um (eine Vielzahl) technischer Einzelheiten kümmern kann, so dass ich in nicht zu ferner Zukunft eine kleine Laboranlage bauen kann und sodann meine private Tankstelle für gratis Wasserstoff erstelle, die genug H2 für einen einzigen Pkw mit Brennstoffzelle erzeugt. Technisch zuverlässig, allen Sicherheitsbestimmungen genügend sowie bezahlbar muss sie natürlich sein. Und sie soll deutlich früher fertig sein, als Bundesregierung und hiesige Autoindustrie für ein H2-Netz planen, um möglichst lange am Verbrennungsmotor festhalten zu können.

Gruß
Wolfgang

Hallo Peter!

Ohne besondere Maßnahme bleibt die Luft, wenn auch komprimiert, im Behälter, was ich aus Gründen des Ex-Schutzes nicht möchte. In meiner Antwort an Helmut (siehe unten) hab’ ich die Aufgabe erläutert.

Gruß
Wolfgang

aeh, ja, beim ersten Mal, wie Peter schon erwaehnte, dann nicht mehr, wenn immer etwas Druck drin bleibt vor dem Nachtanken.

Guten Abend, Helmut!

Druckloser Zustand wird regelmäßig auftreten bzw. herbeigeführt werden, denn für Druckprüfungen (die Anlage ist baugenehmigungs- und prüfpflichtig), Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten muss es möglich sein, H2 vollständig zu ersetzen.

Gruß
Wolfgang

Hallo Wolfgang,

Bei einem Wassertank bei Raumtemperator ist der Dampfdruck des Wassers klein. Wenn man Wasser ablässt muss das fehlende Volumen durch etwas ersetzt werden, andernfalls entsteht ein Unterdruck im Tank. Normalerweise ersetzt man das fehlende Volumen durch Luft.

Macht man das ganze mit kochendem Wasser sieht es anders aus. Es baut sich ein erheblicher Dampfdruck auf. Lässt man nun Wasser ab, wird dieses durch den Dampfdruck sogar herausgedrückt und über dem Wasser hat man einfach Wasserdampf.
(Das macht auch der Schnellkochtopf eigentlich so. Wenn das Wasser zu kochen beginnt, bleibt das Druckventil noch eine Weile offen, sodass die eingeschlossenen Luft entweichen kann und mit Wasserdampf ersetzt wird.)

Denkt man sich einen evakuierten Tank presst da unter 300bar Wasserstoff rein, ist reiner Wasserstoff im Tank. Damit Luft in den Tank kommen kann, müsste sie mit mehr als 300bar eingepresst werden.
Kritisch kann es nur werden, wenn im Tank weniger Druck herrscht als in der Umgebung. Das ist eigentlich nur durch Luftdruckschwankungen möglich. Entleert man den Tank bei z,B. 0.97 bar, lässt das Ventil offen und dann steigt der Luftdruck auf 1.030 bar an, kann etwas Luft in den Tank gelangen.
Stell man sicher, dass der Druck im Tank nie unter z.B. 1.5bar fallen kann, kann auch keine Luft in den Tank gelangen.
Die einzige Möglichkeit ist dann noch, dass der eingepresst Wasserstoff nicht rein ist.

Je nach Tank kann man diesen evakuieren oder spülen (mit Wasserstoff, einem inerten Gas oder einer Flüssigkeit).
Eine theoretische Möglichkeit wäre es noch, einfach das Knallgas zu zünden, dann ist der überschüssige Sauerstoff auch gebunden. :smile:
Durch einen katalytischen Prozess oder eine kleine „Explosionskammer“ könnte man dies sogar gesittet ablaufen lassen.

MfG Peter(TOO)

Hallo Peter!

Ist ja nicht erforderlich und triebe den apparativen Aufwand für Prüfung und Wartung in die Höhe. Luft ist viel schwerer als H2, sammelt sich deshalb unten im Behälter. Das Volumen des Behälters ist bekannt. Etwas Druck mit H2 drauf und beim Ablassen einer bestimmten Menge Gas am unteren Ende des Behälters weiß man, dass es Luft sein muss.

Sobald meine Recherchen und Überlegungen weit genug gediehen sind, gehe ich an den Aufbau einer kleinen Laboranlage, bei der es in der Hauptsache um den Elektrolyseur, Sensorik, geeignete Verdichter, geeignete Speicherbehälter, Datenkommunikation mit dem zu betankenden Fahrzeug sowie um gesicherte Erkenntnisse insbesondere zu H2-Diffusion und Temperaturerhöhung bei schnellem Druckanstieg im Fahrzeugtank geht, erstelle ich den Plan für die endgültige Anlage einschl. Sicherheitskonzept. Damit gehe ich zur in Aussicht genommenen Prüfstelle und suche die geeignete Behörde für die Baugenehmigung. Für die Genehmigungsfähigkeit muss es Zwangswege geben, über die absichtlich oder im Fehlerfall H2 entweicht (unkontrolliertes Ansammeln von H2 unter der Überdachung darf jedenfalls nicht passieren), Zur Sicherheit kann durchaus auch die Zündung einer geringen (!) Menge Knallgas gehören. Das berede ich beizeiten mit der zuständigen Prüfstelle, die dabei ohnehin über einige Klippen hüpfen muss. Das Konzept privat betriebener dezentraler H2-Tankstellen für nur ein oder wenige Fahrzeuge hängt nämlich u. a. daran, von der Norm für professionell betriebene H2-Tankstellen abzuweichen, dummerweise an sicherheitsrelevanter, aber kostenträchtiger Stelle. So ist die in der Norm festgeschriebene geringe Betankungszeit von 3 Minuten, mit der die Fahrzeughersteller prahlen, nur einhaltbar, wenn man den Wasserstoff auf -40°C kühlt, weil sonst die Tankstruktur (in Wickeltechnik hergestellte Karbonfasertanks) bei der durch schnellen Druckanstieg erzeugten Temperaturerhöhung beschädigt würde. U. a. auf die Kältemaschine möchte ich verzichten, dafür etwas langsamer tanken, weil am Ende auch dieses reinen Hobbyprojekts irgendwas mit Verkauf steht. Sinn der Sache ist, zahlungskräftige Idealisten (gibt’s wirklich) zu finden, die in irgend absehbarer Zeit (ich will’s noch erleben) als Initiationskeime für eine H2-basierte Energiewirtschaft dienen. Dafür muss die Anlage narrensicher und ihr Preis noch einigermaßen auf dem Teppich bleiben.

Derzeit gibt es in D etwa 14.500 Tankstellen für Mineralölprodukte. Bis 2050, also in mehr als einem Vierteljahrhundert, soll es je nach Studie gerade mal 500 bis 1.000 Wasserstoff-Tankstellen geben. Reicht vorne und hinten nicht. In einem Flächenland wie M-V wird man dann immer noch einen beträchtlichen Teil der Tankfüllung verbrauchen, um eine Tankstelle zu erreichen. Die Planungen riechen nicht nach besonderem Engagement, eher nach Verzögerungstaktik. Es wird also weiter in ökologisch sensiblen Gebieten nach Öl gebohrt, werden Tanker sinken und Kriege geführt. Alles Irrsinn, wo doch Energie im schieren Überfluss vorhanden ist, Ich kann die Vorbehalte Betroffener, die an Getrieben, Kurbelwellen, Ölverkauf und Motorengedröhne hängen, durchaus verstehen und man könnte gerne weitermachen, hätten wir einen Reserveglobus, auf dem auch alle Chinesen, Inder und über eine Milliarde Afrikaner Auto fahren können. Haben wir aber nicht. Nachdem die Energiedichte von Akkus nichts taugt und dieselben u. a. deshalb ein Holzweg sind, bleibt nur Wasserstoff mit dem Vorzug, unbegrenzt verfügbar zu sein und die Umwelt nicht zu verpesten.

Die konzeptionellen Ideen reichen bei mir schon Jahrzehnte zurück. Als der Ölpreis 100 $/Barrel überschritt, freute ich mich - endlich ein Preis, gegen den Alternativen „anstinken“ können. Das wussten aber auch die Ölscheichs und steuerten Gegenkurs - der Ölpreis ist wieder furchtbar niedrig. Inzwischen hat sich aber viel getan, was bis dato Bauchschmerzen bereitete. Fernöstliche Hersteller zeigten zukunftsträchtige Strategie und brachten Serienautos mit Brennstoffzellen an den Markt. Gleichzeitig sanken die Preise für Photovoltaik, auf den Gebieten trocken laufender Verdichter (Ölnebel in Wasserstoff ist gar nicht gut) und Elektrodenmaterial für die Elektrolyse gab es in den letzten Jahren erfreuliche Fortschritte und es gibt eine Norm zum Betanken mit H2.
Kurz: Die Zeit ist reif.

Gruß
Wolfgang