Effizientere Wasserstoffverdichtung für die Energiewende
Ein gemeinsames Forschungsteam der Helmut-Schmidt-Universität/ Universität der Bundeswehr Hamburg und des Helmholtz-Zentrums Hereon hat ein innovatives Metallhydrid-Kompressorsystem entwickelt und vorgestellt. Dabei übernimmt Wasserstoff erstmals eine doppelte Funktion: Er dient nicht nur als zu verdichtendes Medium, sondern gleichzeitig als Wärmeüberträger. Die Ergebnisse wurden jüngst im Journal Nature Communications Engineering veröffentlicht und vorab patentiert.
Im Zentrum der Arbeit steht ein sogenannter Metallhydrid-Kompressor. Diese Systeme gelten als vielversprechende Alternative zu mechanischen Kompressoren, da sie überwiegend mit Wärme statt mit elektrischer Energie betrieben werden. Bislang war ihre Leistungsfähigkeit jedoch durch den langsamen Wärmetransport innerhalb des Metallhydrid-Materials begrenzt.
Das neue Konzept überwindet diese Einschränkung, indem Wasserstoff in einem geschlossenen Kreislauf durch das Metallhydrid strömt und dabei Wärme direkt überträgt. Ein kalter Kreislauf unterstützt die Wasserstoffaufnahme im Metallhydrid, während ein heißer Kreislauf die Freisetzung ermöglicht. „Wir nutzen Wasserstoff nicht nur als Arbeitsmedium, sondern gleichzeitig als effektiven Wärmeüberträger. Dadurch lassen sich die bisher limitierten Wärmeleitungsprozesse umgehen und aufwändige interne Wärmetauscher-Strukturen vermeiden“, erklärt Lukas Fleming, Erstautor der Studie und Wissenschaftler am Hereon-Institut für Wasserstofftechnologie sowie an der Helmut-Schmidt-Universität. „Auf diese Weise steigt die Produktivität und Effizienz. Außerdem verbinden sich thermische und mechanische Kompressionstechnologien. Das ermöglicht eine nachhaltige Wasserstoffinfrastruktur“, ergänzt Dr. Julián Puszkiel, der die Studie mit betreut hat.
Deutlicher Sprung in der Leistungsfähigkeit
Simulationen zeigen, dass sich tatsächlich auf diese Weise deutlich höhere Leistungsdichten erreichen lassen. In geeigneten Betriebsbereichen kann die Produktivität als Maß für die Leistungsfähigkeit gegenüber konventionellen Metallhydrid-Kompressoren erheblich gesteigert werden, während der zusätzliche elektrische Energiebedarf für das Gebläse vergleichsweise gering bleibt. Da ein Großteil der benötigten Energie in Form von Wärme bereitgestellt wird, wird zudem eine höhere elektrische Effizienz als bei mechanischen Kompressoren erreicht.
Konventionelle mechanische Kompressoren sind heute zwar Stand der Technik, gehen aber mit hohem Wartungsaufwand, Geräuschentwicklung und potenziellen Verunreinigungen des Wasserstoffs einher. Metallhydrid-Kompressoren arbeiten dagegen nahezu geräuschlos und verschleißarm.
Die Arbeit entstand im Rahmen des Projekts „Digitalisierte Wasserstoffprozesskette für die Energiewende“ (DigiHyPro) und wurde durch dtec.bw – das Digitalization and Technology Research Center der Bundeswehr – gefördert, das aus Mitteln der Europäischen Union (NextGenerationEU) finanziert wird.
Über die Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg
Die Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU/UniBw H) ist eine staatliche Universität des Bundes mit Sitz in Hamburg. Sie wurde 1972 auf Initiative des damaligen Verteidigungsministers Helmut Schmidt gegründet. Unter der Leitung von Präsident Prof. Klaus Beckmann vereint die Universität exzellente Forschung, internationale Vernetzung sowie akademische Lehre mit praxisorientierter Ausbildung. Sie bildet Offiziersanwärterinnen und Offiziersanwärter sowie zivile Studierende zu Fach- und Führungskräften für Gesellschaft, Wirtschaft und die Bundeswehr aus. In vier Fakultäten bietet sie 39 staatlich anerkannte Bachelor- und Masterstudiengänge, darunter fünf weiterbildende. Die HSU/UniBw H zählt über 2500 Studierende und beschäftigt etwa 1300 Mitarbeitende in Wissenschaft, Verwaltung und Technik.
Spitzenforschung für eine Welt im Wandel
Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhalt einer lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Lukas Fleming
Wissenschaftler
Institut für Wasserstofftechnologie
Tel.: +49 (0)172 14670563
Mail: lukas.fleming@hereon.de
Originalpublikation:
https://doi.org/10.1038/s44172-026-00615-6
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