LH2VPATT – MODELLIERUNG VON FLÜSSIGWASSERSTOFF-SPEICHERSYSTEMEN
Flüssigwasserstoff (LH₂) gewinnt zunehmend an Bedeutung als Schlüsselelement zukünftiger Energiestrategien – insbesondere in Bereichen mit hohen Anforderungen an Energiedichte und Reichweite wie Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt sowie dem Schwerlastverkehr.
Die im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff deutlich höhere Energiedichte von LH₂ bietet Vorteile für die Speicherung und den Transport von Energie, stellt jedoch aufgrund der kryogenen Bedingungen und der Verdampfungsverluste auch erhebliche technische Herausforderungen dar.
Fortschrittliche Simulationsmodelle bilden eine zentrale Grundlage zur Lösung dieser Herausforderungen und leisten einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung und Skalierung von Wasserstofftechnologien.
Durch die Erweiterung von H2VPATT, dem bestehenden Simulationstool von HyCentA für gasförmige Wasserstoffspeichersysteme, um die Nutzung mit LH₂, wurde das neue System LH2VPATT entwickelt. Dabei wurden wesentliche Komponenten wie Rohrleitungen, T-Stücke und Ventile an die Strömungseigenschaften von Flüssigwasserstoff angepasst. Das Herzstück der Modellbibliothek bildet ein 0D-Modell eines Flüssigwasserstofftanks, das mit experimentellen Daten validiert wurde.
Mithilfe einer Zweiphasenmodellierung – welche die gasförmigen und flüssigen Wasserstoffphasen in sämtlichen Komponenten der Datenbank berücksichtigt – ermöglicht das Simulationstool die Berechnung von Befüllprozessen mit gasförmigem, flüssigem, unterkühltem (sLH₂) sowie kryo-komprimiertem Wasserstoff (cCH₂). Darüber hinaus lassen sich sowohl Dispenser-zu-Tank- als auch Tank-zu-Tank-Befüllszenarien abbilden.
Die präzise Modellierung und Simulation von LH₂-Szenarien ist entscheidend für die effiziente Betankung und die Auslegung von Speicherarchitekturen. Dank des modularen und flexiblen Aufbaus von LH2VPATT können Ingenieur*innen das dynamische Verhalten von LH₂ unter verschiedensten Bedingungen – von Speicherdruck bis Massenstrom – in einer benutzerfreundlichen Umgebung simulieren.
Die integrierte Komponentendatenbank mit Ventilen, Kupplungen und Tanks erlaubt die Einbindung herstellerspezifischer Daten realer Bauteile für LH₂-Anwendungen und stellt damit verlässliche, praxisnahe Informationen für fundierte Designentscheidungen bereit. Zudem vereinfacht eine Drag-and-Drop-Bibliothek die Erstellung und Anpassung komplexer Systeme und macht das Simulationstool auch für Nutzer*innen mit unterschiedlichen Erfahrungsniveaus zugänglich.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Simulationswerkzeugs stellt sicher, dass es stets dem Stand der Technik entspricht – neue Funktionen und Komponenten werden fortlaufend ergänzt.
Wirkung und Bedeutung
Durch die enge Verknüpfung von Simulation und experimenteller Validierung trägt LH2VPATT maßgeblich zum besseren Verständnis und zur sicheren Handhabung von Flüssigwasserstoff bei. Damit leistet es einen Beitrag zur Skalierung und Markteinführung von Wasserstoff als klimafreundlichem Energieträger – nicht nur zur Lösung aktueller technischer Herausforderungen, sondern auch für zukünftige wasserstoffbasierte Energiesysteme.
Projektpartner
- Technische Universität Graz – Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme, AUT
- MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik GmbH & Co KG, AUT
- OMV Downstream GmbH, AUT
- TÜV SÜD Landesgesselschaft Österreich GmbH, AUT
- voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG, AUT