Wiedergeburt für Wasserstofftanks

Neue Prozesse sollen die chemische Speicherung des sauberen Energieträgers deutlich effizienter machen.

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Von
  • Katherine Bourzac

Ein Treibstoff, der Autos voranbringt und dabei nur unschädliches Wasser hinterlässt: Schon seit Jahren träumen Wissenschaftler davon, Wasserstoff als Ersatz fossiler Energieträger zu nutzen. Doch damit die so genannte Wasserstoffwirtschaft wirklich funktioniert, bedarf es einiger wichtiger Voraussetzungen.

Neben dem Auffinden einer sauberen und kostengünstigen Quelle für den Treibstoff selbst geht es dabei vor allem um die Lagerung. Der Wasserstoff muss sicher und schnell abrufbar gespeichert werden können, ohne dass das zu viel Platz für einen entsprechenden Tank kostet. Der Energieträger hat nur eine geringe Dichte, weshalb man ihn entweder unter Druck lagern muss, was allerlei Sicherheitsrisiken mit sich bringt, oder eine chemische Absorption durch ein anderes Material vornehmen.

Diese chemische Speicherung sorgt dafür, dass sich der Wasserstoff an die Moleküle eines festen Materials bindet. Beliebt ist hier besonders Ammoniak-Boran. Der Vorteil dieser Lagerform liegt darin, dass man es anschließend mit einem trägen Feststoff zu tun hat, gleichzeitig Wasserstoff aber leicht für die Reaktion in der das Auto antreibenden Brennstoffzelle abzapfen kann.

Doch es gibt ein Problem: Die aktuell in Entwicklung befindlichen chemischen Speicherlösungen lassen sich nach der Entleerung nur mit sehr viel Energieaufwand wieder füllen. Forscher haben deshalb nun ein Reaktion entwickelt, die das hochdichte Wasserstoff-Speichermaterial Ammoniak-Boran bei niedrigeren Temperaturen neu befüllen kann – und unter deutlich weniger Energieaufwand.

"Sobald man den Wasserstoff aus dem Ammoniak-Boran geholt hat, kann man es nicht einfach wieder befüllen", sagt John Gordon, Forschungschemiker am Los Alamos National Laboratory in New Mexico, wo das neue Verfahren entstand. Um herauszufinden, wie welche Reaktion am besten funktioniert, ohne Hunderte tatsächlich praktisch ausprobieren zu müssen, arbeiteten Chemiker in Los Alamos mit David Dixon zusammen, einem Professor für Chemie an der University of Alabama, der Algorithmen entwickelt hat, die die Energetik von Reaktionen vorhersagen. Die Gruppe testete dann die interessantesten Zusammensetzungen näher und fand dabei heraus, dass ein Zinnkatalysator und die Regenerierung des Materials in verschiedenen Schritten den Energiebedarf im Vergleich zu einer direkten Reaktion stark senken würden.

Das US-Energieministerium hat als Zielvorgabe für ein Wasserstoff-Brennstoffzellen-Auto festgelegt, dass ein solches Fahrzeug 480 Kilometer mit einer einzigen Betankung zurücklegen können muss. Anschließen könne man dann ja an eine spezialisierte Tankstelle fahren, wo der verbrauchte Tank dann gegen einen frischen ausgetauscht wird. Der alte wird anschließend recycelt.

Die Kapazität eines Materials, das Wasserstoff chemisch speichern kann, wird in Prozent des Gesamtgewichtes gemessen. Die Ziele des Energieministeriums liegen hier bei 6 Prozent bis 2010 und 9 Prozent bis 2015. "Die gute Nachricht bei Ammoniak-Boran ist, dass sich damit die gewünschten Volumen- und Gewichtsziele erreichen oder sogar überschreiten lassen", meint Jamie Holladay, leitender Forschungsingenieur am Pacific Northwest National Laboratory. Ammoniak-Boran enthalte dann 19,6 Prozent Wasserstoff im Gewichtsanteil. "Die Herausforderung liegt deshalb ganz allein in der Regenerierung eines verbrauchten Tanks", sagt er. Kein Wunder, dass die Industrie bereits einen Blick auf den Prozess der Los Alamos National Laboratory-Forscher geworfen hat.

Ich so schön dieser Durchbruch auch ist, es bleibt noch ein anderes, viel wichtigeres Problem vor dem Einstieg ins Wasserstoffzeitalter: Es muss noch immer eine gute Methode gefunden werden, mit der sich der Rohstoff besonders umweltfreundlich herstellen lässt. Daran arbeiten Forscher schon seit Jahren. (bsc)