Derzeit wird Wasserstoff meist als komprimiertes Gas unter hohem Druck (350/700 bar) oder verflüssigt gespeichert. Während Druckspeicher eine relativ geringe Energiespeicherdichte aufweisen, führen Flüssiggasspeicher zu erhöhten Energieaufwand für die Verflüssigung, hohen Speicherverlusten durch Verdampfung und hohen Investitionskosten.

Im Fokus von HyStore sind alternative Wasserstoffspeichertechnologien wie

• Metallhydride
• die Speicherung von Wasserstoff im Erdgasnetz
• eFuels

um damit diese Herausforderungen zu überwinden.

Metallhydrid

Wasserstoff kann in Kontakt mit unterschiedlichen metallischen Werkstoffen unter bestimmten Bedingungen ins Innere des Metalls absorbiert werden. Durch die Einlagerung von Wasserstoffen in das Metallgitter entstehen sog. Metallhydride. Dabei handelt es sich um eine exotherme chemische Reaktion, bei der Wärme entsteht. Durch Zufuhr von Wärme kann durch die Rückreaktion der Wasserstoff aus dem Metallhydrid wieder mittels Desorption entnommen werden.  Der Hauptvorteil von Metallhydriden ist die hohe volumetrische Speicherenergiedichte. Darüber hinaus bieten Metallhydride eine erhöhte Wasserstoffsicherheit, da der Wasserstoff bei niedrigem Druck chemisch im Metallgitter gebunden ist.

Obwohl die Metallhydride eine Reihe von Vorteilen bieten, gibt es vor einer breiten Markteinführung noch einige Hürden zu überwinden. Bei der Auswahl geeigneter Materialien müssen Faktoren wie Produktionskosten, einfache Aktivierung, Anzahl der Zyklen Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen, CO₂-Fußabdruck, Recycling und Verfügbarkeit der Rohstoffe berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist für die schnelle Ab-/Desorptionskinetik für die Ein- und Ausspeicherung des Wasserstoffs ein effizientes Wärmemanagement erforderlich.

Speicherung durch H2 Beimischung in Gasnetz

Eine attraktive Option für Speicherung im großen Maßstab und Transport über größere Entfernungen ist die Umrüstung bestehender Erdgaspipelines auf einen höheren Wasserstoffanteil. Derzeit ist im österreichischen Gasnetz ein Wasserstoffanteil von 10 Volumenprozent erlaubt. Eine genaue Analyse der Auswirkung von höheren H₂ Anteilen im bestehenden Erdgasnetz ist notwendig. Dabei handelt es sich sowohl um Themen wie Materialverträglichkeit gegen Wasserstoff als auch thermodynamische und strömungsmechanische Aspekte in Bezug auf transportierbare Energiemengen und Druckverluste. Darüber hinaus werden das Durchmischungsverhalten bei Direkteinspeisung von Wasserstoff sowie Aufreinigungsmethoden bei der Ausspeisung untersucht.

E-Fuels

E-Fuels sind synthetische Kraftstoffe die aus erneuerbarem Wasserstoff und Kohlenmonoxid/Kohlendioxid hergestellt werden. Diese zeichnen sich durch hohe volumetrischen Energiedichten aus. Darüber hinaus kann großteils die bestehende Infrastruktur für Transport sowie Verwertung (z. B. Verbrennungskraftmaschine) genutzt werden. Der Nachteil sind jedoch die relativ hohen Energieverluste in der Prozesskette vom Primärenergieträger über E-Fuel-Herstellung bis zu Endanwendung. In diesem Projekt ist die Prozesskette bestehend aus einer SOEC und einem Fischer-Tropsch-Reaktor und die damit verbundene Systemoptimierung sowie techno-ökonomische Analyse im Vordergrund.

Das Projekt HyStore zielt auf die Beantwortung folgender zentralen Forschungsfragen ab:

• Untersuchung und Bewertung von verschiedenen Metallhydridmaterialien für stationäre Anwendungen
• Identifizierung von Potenzialen und technischen Grenzen für die Einspeisung höherer Wasserstoffkonzentrationen in das Erdgasnetz
• Untersuchung von Reinigungsmethoden für die Wasserstoffeinspeisung sowie Erbringung eines Proof-of-Concept für eine elektrochemische Aufreinigung
• Techno-ökonomische Analyse und Machbarkeitsstudie zur eFuel-Produktionskette, bestehend aus einer SOEC und einem Fischer-Tropsch-Reaktor
• Machbarkeit der Nutzung von eFuel in Verbrennungsmotoren im MW-Maßstab