H2-Basis-Tank – Ein Referenztank für Hochdruck-Wasser­stoffspeicher

Das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden entwickelt im Rahmen des von der Sächsischen Aufbaubank geförderten Programms „EFRE/JTF Forschung InfraProNet 2021–2027“ im Forschungsprojekt „H2-Basis-Tank“ einen Referenztank für Hochdruck-Wasserstoffspeicher. Ziel ist es, die Wechselwirkungen zwischen Werkstoffen, Konstruktion und Fertigungsprozess systematisch zu untersuchen und daraus belastbare Ansätze zur Steigerung der gravimetrischen Speicherdichte abzuleiten.

Leichte Wasserstoffspeicher als Schlüsseltechnologie

Wasserstoffbasierte Antriebssysteme können einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung klimawirksamer Emissionen in der Mobilität leisten. Insbesondere in der Luftfahrt stellt die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff jedoch hohe technische Anforderungen. Um eine ausreichende Energiemenge bei begrenztem Bauraum mitzuführen, wird Wasserstoff typischerweise unter Drücken von bis zu 700 bar gespeichert.

Hierfür kommen unter anderem faserverstärkte Druckbehälter zum Einsatz. Ihre tragende Struktur besteht überwiegend aus hochfesten Kohlenstofffasern, die hohe Innendrücke bei geringer Masse aufnehmen können. Kohlenstofffasern sind jedoch kosten- und energieintensive Hochleistungswerkstoffe. Ein möglichst effizienter Fasereinsatz ist daher sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht von großer Bedeutung.

Für Anwendungen in der Luftfahrt ist zusätzlich eine hohe gravimetrische Speicherdichte entscheidend. Jede Reduzierung der Tankmasse kann die Nutzlast erhöhen, die Reichweite verbessern und den Energiebedarf des Gesamtsystems verringern. Gleichzeitig müssen hohe Anforderungen an Festigkeit, Lebensdauer, Sicherheit und Reproduzierbarkeit erfüllt werden.
Die Entwicklung derartiger Speicher ist komplex, da Werkstoffeigenschaften, Bauteilgeometrie sowie Fertigungsparameter eng miteinander verknüpft sind und interagieren. Änderungen einzelner Parameter können sich dabei unmittelbar auf das Strukturverhalten und die erreichbare Speicherdichte auswirken.

Digitale Modellierung und experimentelle Validierung

Um diese Zusammenhänge systematisch untersuchen und bewerten zu können, wird im Projekt eine einheitlich definierte und reproduzierbare Referenzkonfiguration entwickelt: der „H2-Basis-Tank“.
Auf Grundlage von parametrisierten Modellierungen und numerischen Finite-Elemente-Analysen wird das Strukturverhalten des Tanks zunächst virtuell untersucht. Variiert werden unter anderem Werkstoffeigenschaften, Wandstärken, Bauteilgeometrien und ausgewählte Fertigungsparameter. Dadurch können deren Einflüsse und Wechselwirkungen quantitativ bewertet werden.

Parallel dazu erfolgt die experimentelle Umsetzung am ILK. Auf der institutseigenen Wickelanlage werden Prototypen des „H2-Basis-Tanks“ gefertigt und anschließend auf dem Hochdruckprüfstand unter definierten Belastungen untersucht. Die dabei gewonnenen Messdaten dienen zur Validierung und Weiterentwicklung der numerischen Modelle.

Durch die enge Verknüpfung von Simulation, Fertigung und Versuch entsteht eine belastbare Grundlage für die Vorhersage des Tankverhaltens. Sensitivitätsanalysen ermöglichen es anschließend, besonders relevante Einflussgrößen zu identifizieren. Dazu gehören beispielsweise die Eigenschaften hochfester Carbonfasern, die Ausgestaltung der Faserablage sowie geometrische und prozesstechnische Randbedingungen.

Der „H2-Basis-Tank“ schafft damit eine reproduzierbare Referenz für zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen und ermöglicht den systematischen Vergleich unterschiedlicher Werkstoff-, Konstruktions- und Fertigungsansätze. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, leichtere, ressourceneffizientere und zugleich sichere Wasserstoff-Hochdruckspeicher für Luftfahrtanwendungen zu entwickeln.

Förderung 

Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „H2-Basis-Tank“ wird von der Europäischen Union im Rahmen der EFRE/JTF-Richtlinie Forschung InfraProNet 2021–2027, Teil EFRE, kofinanziert. Zusätzlich wird das Vorhaben durch Steuermittel auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts unterstützt. 

Projektlaufzeit: 01.06.2025–31.12.2027

Kontakt:
Dipl.-Ing. Alexander Koepp
Tel.: 0351 463-38527
E-Mail: 

Dr.-Ing. Sebastian Spitzer
Tel.: 0351 463-38143