Speicherung

Wasserstoff wird in flüssiger Form bei 20K beziehungsweise -253,15°C gespeichert. Der flüssige Phasenbereich von Wasserstoff ist sehr klein und es besteht oberhalb des kritischen Punkts T = 33K keine flüssige Phase mehr, außerdem vergrößert sich der Speicherdruck auf 13 bar.

Flüssiger Wasserstoff hat eine volumetrische Energiedichte von 70,79 kg/m³ bei einer Temperatur von 20 K. Im Gegensatz dazu hat Wasserstoff in gasförmigem Zustand eine Energiedichte von nur 40 kg/m³ bei einem Druck von 700 bar.

Behälter

Ein kryogener Wasserstofftank ist ähnlich wie eine Thermoskanne aufgebaut. Es gibt einen inneren und einen äußeren Behälter, wobei der Raum zwischen den beiden Behältern evakuiert ist (es wurde ein Vakuum erzeugt). Außerdem gibt es eine wenige Zentimeter dicke Isolierschicht, die aus bis zu 70 Lagen Aluminiumfolie im Wechsel mit Glasfasermatten besteht (ähnliche Isolierwirkung wie ein 9 m dicker Styropor-Mantel). Die Behälter sind in der Regel aus Edelstahl, da dieser auch bei sehr niedrigen Temperaturen gut verformbar bleibt und nicht spröde wird.

Boil-off-Rate

Aufgrund der geringen, aber gleichmäßigen Wärmezufuhr treten geringe Verdampfungsverluste auf (ein bestimmter Prozentsatz des flüssigen Wasserstoffs verdampft im Inneren). Da das Gas ein größeres Volumen als die Flüssigkeit hat, steigt der Druck im Behälter an. Um dies auszugleichen, öffnet sich bei einem bestimmten Druck ein Sicherheitsventil und Gas wird abgelassen (Abblasen = Blow-off oder Boil-off), was zu einem Verdampfungsverlust führt. Je besser die Isolierung ist, desto später setzt dieses Sicherheitsventil ein. Außerdem fällt der Druck im Tank ab, sobald Kraftstoff entnommen wird. Wenn ein Auto etwa alle drei Tage gefahren wird, können auf diese Weise Boil-Off-Verluste vermieden werden; das Problem tritt nur auf, wenn ein Fahrzeug über einen längeren Zeitraum abgestellt wird.

Eine Möglichkeit, diese Verdampfungsverluste zu nutzen, wäre, sie in eine Brennstoffzelle einzuspeisen, um Strom zu erzeugen und die Batterie zu laden. Alternativ kann auch ein katalytischer Brenner nachgeschaltet werden, um den entweichenden Wasserstoff zu verbrennen.

Derzeit wird daran geforscht, die Verdampfungsrate weiter zu reduzieren. Durch den Einbau eines zusätzlichen Kühlmantels, durch den verflüssigte Luft strömt, ist es bereits möglich, die Standzeit auf 12 Tage zu verlängern. Dennoch ist es noch nicht möglich, die Verdampfungsverluste vollständig zu eliminieren, weshalb fast alle Automobilhersteller auf die 700-bar-Speichertechnologie setzen.

Sicherheit

Die Isolierung dient nicht nur dem Schutz vor Wärmeeintrag, sondern auch dem Schutz vor dem Kontakt mit der Umgebung, da sonst beim Berühren kryogener Komponenten Verletzungsgefahr besteht.

Außerdem sollte der Luftkontakt mit kryogenen Materialien vermieden werden, da sonst der Wassergehalt der Umgebungsluft kondensieren und gefrieren würde. Luftsauerstoff verflüssigt sich bei Temperaturen unter 90 K, was zu einer unerwünschten Anreicherung von Sauerstoff und damit zu einer erhöhten Brandgefahr führt.

Vorteile

• Flüssiger Wasserstoff hat eine hohe Energiedichte.
• LH₂ eignet sich vor allem für große Volumina.

Nachteile

• Kyrogen Tanks sind teuer in der Herstellung und haben ein hohes Gewicht.
• Boil-off-Rate konnte noch nicht eliminiert werden.
• Es sind keine Formtanks möglich.