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Auf die Temperatur kommt es an

Bei gleichem Volumen könne in einem Metallhydrid-Tank doppelt so viel Wasserstoff gespeichert werden wie in einem Drucktank, sagt der Forscher. "Volumenbezogen haben wir einen Riesenvorteil. Außerdem ist es eine sehr sichere Speicherung, die mit sehr geringen Drücken schon funktioniert: Wir brauchen da nur einige zehn bar, nicht einige hundert bar."

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Da der Tank sehr viel weniger Druck aushalten muss, reicht ein herkömmlicher Metallschalentank. Zudem kann er eine nahezu beliebige Form haben, was es den Ingenieuren erleichtert, den Tank im Fahrzeug unterzubringen. Die heutigen Drucktanks haben die Form eines Zylinders, was die Platzierung im Fahrzeug erschwert. Sie werden zudem, um Gewicht zu sparen, aus teuren Kohlefaserverbundstoffen gefertigt.

Weiterer Vorteil: Ist der Wasserstoff verunreinigt, werden die entsprechenden Stoffe vom Metallhydrid gebunden, aber nicht wieder abgegeben. Das ist gut für die Brennstoffzelle, die reinen Wasserstoff bekommt und keinen Schaden nimmt. Die Speicherkapazität des Tanks nimmt dadurch zwar ab. Das Metallhydrid kann aber durch eine Temperaturbehandlung wieder vollständig regeneriert werden.

Schließlich bietet der geringere Druck - getankt wird mit etwa 50 bar - den Vorteil, dass die Tankstelle nach dem Tankvorgang schneller wieder einsatzbereit ist. Die Kompressoren können ebenfalls deutlich kleiner dimensioniert sein.

  • Thomas Klassen vom HZG mit einem der neuartigen Wasserstofftanks (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die HZG-Forscher setzen Metallhydrid ein, um die Speicherkapazität des Tanks zu vergrößern. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Das Pulver wird zu Tabletten verpresst. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • VW testet bereits Tanks wie diesen.(Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Thomas Klassen vom HZG mit einem der neuartigen Wasserstofftanks (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Allerdings klingt das alles deutlich einfacher, als es in der Praxis ist. Seit gut 20 Jahren arbeiten die HZG-Forscher an der Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden. Eine der Kernfragen sei die Temperatur, mit der gearbeitet werde, sagt Klassen. "Man kann Metallhydride finden, die bei Raumtemperaturen und sogar bei Minustemperaturen Wasserstoff wieder hergeben", erzählt er. "Das liegt daran, dass der Wasserstoff da eher schwach gebunden ist." Das seien dann aber eher schwere Metalle, entsprechend habe der Tank ein hohes Gewicht.

Die Alternative ist ein leichteres Metall. Magnesium eignet sich sehr gut. Allerdings ist die Bindungsenergie so groß, dass Magnesium den Wasserstoff erst bei 300 Grad Celsius freigibt. "Das kann man bei stationären Anwendungen überlegen. Wenn man das mit Wärmeversorgung koppelt, wäre das durchaus eine Möglichkeit. Aber für Autos wäre das viel zu hoch", sagt Klassen. "Man möchte das ja mit der Brennstoffzelle kombinieren, und die arbeitet bei 80 Grad. Das heißt, wir brauchen Materialien, die sehr viel Wasserstoff bezogen aufs Gewicht speichern und trotzdem bei 80 Grad arbeiten. Das ist das Spannungsfeld, in dem wir uns bewegen."

Die Lösung, die die Forscher gefunden haben, besteht darin, zwei Metallhydride miteinander zu kombinieren. Die Idee: Bestandteile der beiden Metallhydride reagieren exotherm miteinander. Dadurch wird die Bindungsenergie des Wasserstoffs teilweise kompensiert und er wird bei niedrigeren Temperaturen freigegeben. Zuerst testeten sie Magnesium-Hydrid und Lithium-Bor-Hydrid. Ersteres gibt Wasserstoff bei 300 Grad ab, letzteres bei 400 Grad. Werden aber beide kombiniert, so bildet sich Magnesium-Borid - und der Wasserstoff wird schon bei unter 200 Grad frei.

Damit haben die Forscher gezeigt, dass das Konzept funktioniert. Allerdings sind 200 Grad immer noch eine zu hohe Temperatur. Das HZG-Team übertrug das Konzept auf andere Materialkombinationen wie Magnesium-Stickstoff-Verbindungen - mit Erfolg. "Wir kommen damit erstmals auf unter 100 Grad", sagt Klassen. Theoretisch fängt die Reaktion schon bei 40 Grad an. Da sei aber die Beweglichkeit der Atome zu gering. Bei 90 Grad setze die Reaktion ein, sei aber noch langsam. "Richtig brauchbar wird es erst bei 140 Grad", sagt er. "Da gibt es noch einen Temperaturgap zu den 80 Grad. Aber daran arbeiten wir." Durch Zusätze wird die Gitterstruktur modifiziert und die Beweglichkeit der Atome erhöht, so dass die Reaktion schneller abläuft.

Ziel ist, dass der Tankvorgang so schnell abläuft wie bei fossilen Brennstoffen oder dem Druckgastank, also in wenigen Minuten. Bei den schweren Metallhydriden funktioniert das bei einer Temperatur von etwa 100 Grad schon relativ gut: Da dauert es etwa 10 Minuten. Die leichteren Hydride lassen sich etwas mehr Zeit: Da dauert ein Tankvorgang für 500 Kilometer Reichweite ein bis zwei Stunden. "Das ist zu langsam", gibt Klassen zu.

Einen anderen Test hingegen hat die Technik schon bestanden.

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 Brennstoffzellenauto: Pack die Metallhydrid-Tabletten in den Tank!Der Tank im Test 
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AllDayPiano 12. Mär 2020

Ich weiß nicht, wo Du den Widerspruch siehst. Es spielt doch gar keine Rolle, wie lange...

WonderGoal 12. Mär 2020

1) Elektrolyse: das massentauglichste und günstigste Elekrolyseverfahren bringt es auf...

TrollNo1 10. Mär 2020

Nene, da fliegt dann das ganze Auto wie ein Gummiball durch die Tiefgarage, angetrieben...

jimbokork 10. Mär 2020

Bei der Wandlung in Strom und Wasser in einer _Brenn_stoffzelle wird er doch verbrannt...

dbettac 09. Mär 2020

Du vergisst, dass heute nichts mehr ohne Blockchain neu auf den Markt darf. Und daran...


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