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Flüssigwasserstoff (LH₂) spielt eine zunehmend zentrale Rolle in der Zukunft der Energieversorgung, insbesondere in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie im Schwerlastverkehr, wo hohe Energiedichte und Reichweite entscheidend sind. 

Die Kryogenie von LH₂ ermöglicht zwar eine hohe Energiedichte, stellt jedoch aufgrund der extrem niedrigen Temperaturen und Verdampfungsverluste eine erhebliche Herausforderung für die Speicherung und Betankung dar. Um diese Herausforderungen zu adressieren, wurde im Rahmen dieses Projekts eine fortschrittliche CFD-basierte Simulationsmethodik für den transienten Betankungsprozess von LH₂ entwickelt. 

Ziel im Projekt war die Entwicklung eines robusten, übertragbaren Simulationsframeworks, das die dynamischen Phasenübergänge, Druckverhältnisse und die Entwicklung von Gas- und Flüssigphasen in Echtzeit abbildet. Die Methode kombiniert das Volume-of-Fluid (VOF)-Verfahren mit dem Lee- Phasenmodell und verwendet hochaufgelöste Real Gas Property (RGP) Tabellen, um thermodynamische Präzision zu gewährleisten. Besondere Aufmerksamkeit wurde der automatisierten Boil-Off- Management-Strategie gewidmet, die eine physikalisch konsistente Druckregelung und Ventilsteuerung ermöglicht. Zudem wurde das automatische Mesh Refinement integriert, um die Phasengrenzen besonders präzise darzustellen und gleichzeitig die Berechnungszeit zu optimieren. 

Das entwickelte Simulationswerkzeug ermöglicht eine präzise Modellierung der Befüllprozesse und Phasenübergänge bei variierenden Betriebsbedingungen und stellt so eine wichtige Grundlage für die Optimierung der Speichersysteme und der Betankungsprozesse bereit. Die Ergebnisse unterstützen die zukünftige Entwicklung von effizienten, sicheren und skalierbaren Flüssigwasserstofftechnologien. 

Wirkungen und Effekte 

Das Projekt trägt entscheidend dazu bei, die technologischen Hürden bei der Speicherung und Betankung von Flüssigwasserstoff zu überwinden. Die enge Verknüpfung von Simulation und Validierung führt zu einem besseren Verständnis der komplexen Phasenwechselprozesse und ermöglicht eine präzisere Gestaltung der Infrastruktur. Die entwickelte Methodik bildet nicht nur die Grundlage für die Optimierung von Flüssigwasserstoffsystemen, sondern bietet auch ein transferables Werkzeug für die Forschung und Industrie, das zu einer effizienten Skalierung von Wasserstofftechnologien beiträgt. Der modulare Aufbau der Simulation ermöglicht die einfache Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle und stärkt so den Übergang von der Forschung in die praktische Anwendung. Das Ergebnis ist eine wertvolle Unterstützung für die zukünftige Einführung von LH₂ als zentralen Energieträger im Bereich der emissionsfreien Mobilität und darüber hinaus.

Projektpartner

Diese Success Story wurde von der Konsortialführung und den genannten Projektpartnern zur Veröffentlichung freigegeben. Das COMET-Zentrum HyCentA wird im Rahmen von COMET – Competence Centers for Excellent Technologies durch BMIMI, BMWET, dem Land Steiermark, Oberösterreich, Tirol, Wien sowie der SFG gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt. Weitere Informationen zu COMET: www.ffg.at/comet