AdekWat – AdAdditiv gefertigter Hochdruck-Wärmeübertrager für die effiziente Betankung an Wasserstofftankstellen

Im Verkehrssektor gilt Wasserstoff als eine der zentralen Lösungen, um Emissionen zu reduzieren – insbesondere im Schwerlastverkehr. Für eine größere Verbreitung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen braucht es eine entsprechende Tankstelleninfrastruktur. Die Umrüstung konventioneller Tankstellen bzw. der Neubau von Wasserstoff-Tankstellen erfordert komplexe Technik, die teilweise in der Wasserstoff-Zapfsäule integriert werden muss. Aufgrund des hohen Drucks, unter dem Wasserstoff bei der Betankung steht, werden zusätzlich besondere Anforderungen an die druckführenden Komponenten gestellt.

Zu diesen Komponenten gehört der Wärmeübertrager zur Vorkühlung des Wasserstoffes, der im Rahmen des vom Land Niedersachsen geförderten Verbundprojekts „AdekWat“ bis zur Marktreife entwickelt werden soll. Beteiligt hieran sind das Institut für Thermodynamik und das Institut für Produktentwicklung und Gerätebau der Leibniz Universität Hannover unter der Führung der FUNKE Wärmeaustauscher GmbH.

Besonderes Kennzeichen des zu entwickelnden Wärmeübertragers ist die Herstellung durch additive Fertigungstechnologie, die viele Freiheitsgrade in der geometrischen Gestaltung des Wärmeübertragers zulässt und damit ein hohes Potential hinsichtlich der Bauraum- bzw. Gewichtseinsparung aufweist.
Bedingt durch die geometrischen Freiheitsgrade wird der Auslegungsprozess jedoch komplex. Zur Unterstützung der Anwender bei der Auslegung wird im Rahmen des Verbundprojektes auch eine Software-Routine entwickelt, um kundenspezifische Lösungen zu finden.
Neben der Anwendung in Wasserstofftankstellen, ergeben sich durch additiv gefertigte (Hochdruck-)Wärmeübertrager zahlreiche weitere Anwendungsbereiche, wie z. B. dem Mobilitätssektor oder der Prozessindustrie.

Institut für Produktentwicklung und Gerätebau – Das Institut gehört der Fakultät für Maschinenbau der LUH an und ist in zahlreichen wissenschaftlichen und industriellen Projekten aktiv. Neben der Lehrtätigkeit ist das Institut in den Forschungsbereichen Entwicklungsmethodik, Systems Engineering, Additive Fertigung und Optomechatronik aktiv.

e-Gase aus Werlte

Im Jahr 2013 eröffnete die AUDI AG im niedersächsischen Werlte eine neue E-Gas-Anlage. Die Anlage war die weltweit erste Anlage, die im industriellen Maßstab aus CO2 und erneuerbarem Strom einspeisefähiges, synthetisches Erdgas generierte. Im Jahr 2021 wurde die Anlage von der kiwi AG übernommen. Seither liegt der Fokus der Produktion zusätzlich auf synthetischem LNG – und grünem Wasserstoff.

Die Gegebenheiten vor Ort nutzen – das war das Motto der AUDI AG, die im Jahr 2013 in Werlte im Emsland eine Anlage errichtete, die synthetisches Erdgas im industriellen Maßstab produzieren sollte. Zur Herstellung des synthetischen Gases wurde nämlich auf Quellen gesetzt, die in unmittelbarer Nähe zur Verfügung standen. So wurde erneuerbarer Windstrom von der Küste und CO₂, das in einer benachbarten Biogasanlage aus der Verwertung von Reststoffen entstand, für die Herstellung von synthetischem Erdgas genutzt.

Aufgrund der energiepolitischen und marktstrukturellen Entwicklungen im Mobilitätssektor veränderte sich der Fokus des Anlagenbetreibers AUDI AG jedoch zunehmend, sodass auch die Produktion von Wasserstoff in einem Elektrolyseur sukzessive wichtiger wurde. In den Jahren 2018 und 2019 kam darüber hinaus eine neue Verdichtungsanlage hinzu, die den Transport von Wasserstoff in LKW ermöglichen sollte.

In dieser Phase wurde zudem entschieden, zukünftig auch flüssiges Methan (LNG) zu erzeugen. Hierzu wird grüner Wasserstoff aus dem eigenen Elektrolyseur und Kohlendioxid aus der benachbarten Biogasanlage zur Methanisierung verwendet. Dieses Methan kann anschließend verflüssigt und als LNG genutzt werden.

Im Jahr 2021 übernahm schließlich die kiwi AG die Anlage von der AUDI AG und setzte den stärkeren Fokus auf die Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff bis heute fort. Die Elektrolyseleistung von 6 MW wird einerseits für die Methanisierung eingesetzt werden – andererseits wird Wasserstoff auch als Energieträger transportfähig gemacht.