Was tun mit dem Boil-off-Gas von Wasserstoff?

It’s all about Cryogenius.

Wasserstoff-Boil-off-Gas1

Was tun mit dem Boil-off-Gas von Wasserstoff?

Wie alle Flüssiggase hat auch Flüssigwasserstoff mit Boil-off-Gas zu kämpfen. Dieses Nebenprodukt der siedenden Flüssigkeit entsteht in kleineren oder größeren Mengen in Tanks, Leitungen und Anwendungen. Dass es entsteht, ist klar, aber die Frage ist, wie man mit dem Boil-off-Gas umgehen soll.
In diesem Blog befassen wir uns mit Verdampfungsgas aus flüssigem Wasserstoff. Wir erklären, was es ist, wie und warum es entsteht und wie es verwendet werden kann.

Was ist Boil-off-Gas?

Um Gase zu verflüssigen und zu konservieren, werden sie auf eine extrem niedrige Temperatur heruntergekühlt. Die Temperatur ist von Gas zu Gas unterschiedlich. Sauerstoff wird beispielsweise bei -183 °C flüssig, Stickstoff bei -195,8 °C und Wasserstoff bei -252,9 °C.

Die gesamte kryogene Infrastruktur, wie z. B. Tanks, Rohrleitungen und sonstige Anwendungen, ist darauf ausgelegt, dass Flüssiggase bei ihrer charakteristischen Temperatur gelagert und transportiert werden. Ein geringes Maß an Wärmeverlust ist jedoch unvermeidlich. Nach längerer Zeit oder beim Transport über große Entfernungen erwärmt sich ein kleiner Teil der kryogenen Flüssigkeit unweigerlich und erreicht seinen Siedepunkt. Aus der siedenden Flüssigkeit entsteht dann eine kleine Menge Gas, das so genannte Boil-off-Gas (BOG).

Die Menge des entstehenden Boil-Off-Gases hängt von der Konstruktion und Größe der Infrastruktur ab. Im Allgemeinen produziert ein großer Tank prozentual weniger Boil-Off-Gas als ein kleinerer Tank.

Der Anteil des Boil-off-Gases steht auch in direktem Zusammenhang mit der Qualität der Isolierung; Je höher die Qualität der Isolierung ist, desto weniger Wärme kann eindringen und desto weniger Boil-Off-Gas wird gebildet.

Im Vergleich zu anderen gängigen Isolierungstypen garantiert die Vakuumisolierung den geringsten Wärmeeintritt. Daher werden die meisten Flüssigwasserstoffinfrastrukturen mit Vakuumtechnik isoliert.

Ableitung oder Auffangen und Nutzung von Boil-off-Gas

Flüssiger Wasserstoff hat eine höhere volumetrische Energiedichte als gasförmiger Wasserstoff. Das bedeutet, dass mehr flüssiger Wasserstoff in einem Tank oder einer Anwendung gespeichert werden kann als gasförmiger Wasserstoff. Wenn Boil-Off-Gas auftritt, steigt daher der Druck in der Infrastruktur.

Ein geringer Druckanstieg ist nicht unbedingt ein Problem, aber wenn der Druck erheblich ansteigt, entstehen Risiken. Wenn sich das Gas beispielsweise an einer Stelle ansammelt oder die Infrastruktur unter zu hohen Druck gerät, besteht die Gefahr von Bränden und Explosionen.

Auch ist die Gasbildung in einem Tank, einer Rohrleitung oder einer Anwendung nicht gut für die Qualität des Flüssiggases. Daher sind die meisten Infrastrukturen so gebaut, dass Boil-off-Gas bei Bedarf abgeleitet werden kann.

Doch was genau geschieht mit diesem abgeleiteten Gas? Das hängt von der Branche, der Infrastruktur und den Präferenzen des Produzenten ab. Im Allgemeinen gibt es zwei Möglichkeiten: Ableitung in die Atmosphäre oder Auffangen und Nutzung.

Ableitung von Boil-off-Gas in die Atmosphäre

Der einfachste Weg, das Boil-off-Gas zu entsorgen, besteht darin, es in die Atmosphäre zu leiten. Diese Methode spart Energie und macht die notwendige Infrastruktur zur Abscheidung und Nutzung des Gases überflüssig. Die Freisetzung von Boil-Off-Gas ist nicht umweltschädlich und in geringen Mengen auch nicht gefährlich.

Leider hat diese Methode auch einige Nachteile. Erstens ist die Freisetzung von Wasserstoffgas nur in kleinen Mengen unschädlich. Wenn eine große Menge Wasserstoffgas mit Sauerstoffgas in Berührung kommt, kann es zu einer Explosion kommen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Ableitung von Wasserstoffboil-off-Gas sorgfältig überwacht wird und unter sicheren Bedingungen und in kontrollierten Mengen erfolgt.

Zweitens ist die Ableitung von Wasserstoffgas eine Verschwendung. Die Herstellung von Wasserstoff erfordert viel Energie, und es ist nicht effizient, ein nützliches Produkt zu verschwenden. Viele Hersteller entscheiden sich daher dafür, das Boil-off-Gas nicht freizusetzen, sondern es aufzufangen und zu verwenden. Welche Methode am besten geeignet ist, hängt von der jeweiligen Branche und Anwendung ab.

Auffangen und Verwendung von Boil-off-Gas

Boil-off-Gas aus Wasserstoff kann auf drei verschiedene Arten aufgefangen und verwendet werden:

  • Unter hohem Druck
  • Atmosphärischer Druck
  • In flüssiger Form, nach Rückverflüssigung

Verwendung in gasförmiger Form

Zur Verwendung in gasförmiger Form (sowohl unter Hochdruck als auch unter atmosphärischem Druck) wird ein System gebaut, das das Boil-Off-Gas auffängt und es direkt unter Druck setzt oder eben nicht. Sobald die optimale Form wiederhergestellt ist, wird das Gas in einer Anwendung direkt wiederverwendet.

In diesem Fall wird das Boil-Off-Gas einer größeren Menge flüssigen Wasserstoffs beigemischt, der mit einem Verdampfer gasförmig gemacht wird. Für das ordnungsgemäße Funktionieren einer Anwendung ist die Verwendung von Boil-off-Gas allein nicht ausreichend.

Verwendung in flüssiger Form (Rückverflüssigung)

Um das Boil-off-Gas wieder in flüssigen Wasserstoff umzuwandeln, muss es aufgefangen und wieder abgekühlt werden. Dieser Vorgang wird als Rückverflüssigung bezeichnet.

Für Anwendungen, die mit flüssigem Wasserstoff betrieben werden, ist dies die beste Methode. Die Ausrüstung für diese Kühlung ist jedoch kostspielig und erfordert einen relativ großen Raum.

In der Regel wird diese Methode nur bei Tanks oder Anwendungen mit ausreichend Platz in der direkten Umgebung eingesetzt.

Wasserstoff-Boil-off-Gas2

Die beste Lösung

Welche Lösung die beste ist, hängt von der Branche und der Anwendung ab. Um ein paar Beispiele zu nennen:

Die Tankanlage

Tankstellen für gasförmigen – und in Zukunft auch für flüssigen – Wasserstoff können Boil-off-Gas auf verschiedene Weise nutzen. Das Boil-off-Gas kann aufgefangen und direkt für die Versorgung von Fahrzeugen mit gasförmigem Wasserstoff verwendet werden. Wenn jedoch in Zukunft auch flüssiger Wasserstoff getankt werden soll, muss Boil-off-Gas aufgefangen und wieder verflüssigt werden. In diesem Fall ist eine Rückverflüssigung erforderlich.

Glücklicherweise verfügen die meisten Tankstellen über ein relativ großes Platzangebot, so dass die für die Rückverflüssigung erforderliche zusätzliche Infrastruktur kein Problem darstellt.

Transport von flüssigem Wasserstoff

Die Rückverflüssigung kann auch auf Flüssigwasserstoff-Transportschiffen interessant sein. Inwieweit dies möglich ist, hängt von der Größe und der Betriebsweise des Schiffes ab. Die für die Rückverflüssigung erforderliche große Anlage ist auf einem kleinen Schiff, das kurze Strecken zurücklegt, oft ineffizient. Wenn ein Flüssigwasserstofftanker jedoch lange Strecken zurücklegt und für längere Zeit in Häfen anlegt, ist die Rückverflüssigung an Bord oft eine interessante Option.

Brennstoffzellen

Wenn Boil-Off-Gas freigesetzt wird, z. B. in einem Pkw, Lkw oder Schiff, das mit gasförmigen Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben wird, ist eine Rückverflüssigung nicht erforderlich. In diesem Fall kann das Gas in gasförmigem Zustand aufgefangen und direkt von den Brennstoffzellen genutzt werden.

Wasserstoff-Boil-off-Gas3

Wie die obigen Beispiele zeigen, hängt es ganz von der Branche, der Anwendung, dem Standort und den Vorgaben des Herstellers ab, was mit dem Boil-off-Gas geschehen soll. Das Schöne an Wasserstoff ist: Egal, was mit dem Gas gemacht wird, die Umwelt wird nicht geschädigt.

Reduzierung von Boil-off-Gas

Das Auffangen und Wiederverwenden von Boil-off-Gas erfordert zusätzlichen Material- und Energieaufwand. In den meisten Fällen lohnt sich das, aber es ist immer effizienter, das Boil-Off-Gas zu vermeiden.

In diesem Blog haben wir bereits kurz erwähnt, dass die Isolierung eine wichtige Rolle bei der Minimierung von Boil-Off-Gas spielt. Insbesondere für die Isolierung von Flüssigwasserstoff ist modernste Isoliertechnik erforderlich, da die Temperatur dieser kryogenen Flüssigkeit extrem niedrig ist.

Vakuum-Isolierung

Nach einem umfassenden Vergleich verschiedener Dämmstoffe hat sich die Vakuumdämmung als die effizienteste für die Isolierung von flüssigem Wasserstoff erwiesen. Vakuum isoliert 15-mal besser als andere Dämmstoffe (PIR/PUR oder Foamglas, Armaflex, Perlite und Misselon), und Vakuumisolierung kann sowohl für Transferleitungen als auch für Tanks und Anwendungen verwendet werden.

Demaco arbeitet seit 1989 mit der Vakuumtechnik. Sowohl für große als auch für kleine Projekte entwickeln unsere Ingenieure die beste Lösung für flüssigen Wasserstoff und diverse andere Flüssiggase.

Auch die Aufbereitung von Boil-off-Gas ist für Demaco nicht neu. Wir denken gerne mit unseren Kunden mit und bieten die Lösung an, die am besten zu der jeweiligen Situation passt. Wird das zum Beispiel die Rückverflüssigung sein? Kein Problem, wir entwerfen und bauen die beste Infrastruktur. Keine Herausforderung ist zu groß, und für uns ist es sehr zufriedenstellend, wenn wir die effizienteste Lösung anbieten können.

Wasserstoff-Boil-off-Gas4

Möchten Sie mehr wissen?

Haben Sie Fragen zu unserer Arbeit? Nehmen Sie Kontakt mit uns auf oder schauen Sie sich unsere Produkte und Projekte an, um weitere Informationen zu erhalten.

Möchten Sie mehr über unsere Arbeit mit flüssigem Wasserstoff erfahren? Dann werfen Sie einen Blick auf diese Seite oder unseren aktuellen Blog über flüssigen Wasserstoff. Hier erfahren Sie alles über diese vielseitige kryogene Flüssigkeit und die jahrelange Erfahrung, die Demaco bei verschiedenen fortschrittlichen Wasserstoffprojekten gesammelt hat.

Verwandte Beiträge

Bitte wenden Sie sich für weitere Auskünfte direkt an uns

Subscribe to Demaco