Energiespeicherung: Wasserstoff soll in Öl gespeichert werden

Forschern ist es gelungen, Wasserstoff in einem wiederverwendbaren Öl zu speichern, das wie normaler Kraftstoff getankt werden kann.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 4. September 2017, 9:05 Uhr

Holger Jorschick vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) (Bild: Forschungszentrum Jülich / C. Heßelmann)

Eine Forschergruppe aus Jülich entwickelt seit einigen Jahren flüssige Trägerstoffe, die Wasserstoff speichern können. Sie sollen Wasserstoff aufnehmen und später nur mit Hilfe eines Katalysators wieder abgeben können. Dabei sind sie chemisch stabil und können wie andere Kraftstoffe in normalen Tanks gelagert und transportiert werden. Die neueste Entwicklung ist ein Katalysator, der sowohl Wasserstoff einlagern als auch freisetzen kann. Bisher waren dafür zwei unterschiedliche Katalysatoren nötig.

Der Trägerstoff erreicht eine Energiedichte, die etwa einem Sechstel derjenigen von Benzin oder Diesel entspricht. Bisher wird Wasserstoff in Gastanks mit etwa 700 Bar Druck befördert. Aber selbst bei so hohen Drücken fassen die Tanks nur etwa 40 Gramm Wasserstoff pro Liter. Im Power2Gas-Verfahren lässt sich Wasserstoff zwar mit Kohlendioxid (CO2) zu Methan umwandeln, das beim gleichen Druck eine viel höhere Energiedichte hat. Aber dieses Verfahren ist nur so CO2-neutral wie die Quelle, aus der das CO2 ursprünglich stammt. Ansonsten muss es unter großem Aufwand aus dem Abgas der Verbrennung wieder gewonnen werden. Ein flüssiger, wiederverwendbarer Wasserstoffträger hätte keines dieser Probleme.

Die Idee der Forscher basiert darauf, dass einige Moleküle in zwei Formen existieren, die sich nur durch zusätzliche Wasserstoffatome unterscheiden. Bei der Umwandlung von der einen Form in die andere können sie Wasserstoff aufnehmen oder abgeben, ohne dabei verbrannt oder auf andere Weise verändert zu werden. Sie stehen also sofort wieder für die umgekehrte Reaktion zur Verfügung.

Wasserstoff kann an Ringmoleküle angelagert werden

Denkbar sind solche Reaktionen bei ringförmigen Kohlenwasserstoffen wie Benzol. Benzol besteht aus sechs ringförmig angeordneten Kohlenstoffatomen, die mit jeweils einem Wasserstoffatom außerhalb des Rings verbunden sind. Es gibt noch ein ganz ähnliches Molekül, das ebenfalls ringförmig ist. Cyclohexan besteht ebenso aus sechs Kohlenstoffatomen, die aber mit jeweils zwei Wasserstoffatomen verbunden sind. Es ist zumindest vorstellbar, Benzol mit Wasserstoff reagieren zu lassen, um daraus Cyclohexan zu gewinnen und anschließend die Reaktion wieder umzukehren und den Wasserstoff wieder freizusetzen.

In der Praxis ist Benzol für die Aufgabe nicht geeignet. Die Forscher in Jülich mussten einen Stoff finden, der Wasserstoff mit möglichst wenig zusätzlicher Energie aufnimmt. Außerdem muss er chemisch möglichst stabil sein und sich bei keiner der beiden Reaktionen in andere Stoffe umwandeln. Schließlich muss ein Katalysator entwickelt werden, der genau diese Reaktionen unter annehmbaren Bedingungen überhaupt möglich macht. Außerdem muss der Stoff auch bei hohen Temperaturen flüssig bleiben, um ihn nicht aufwendig vom entstehenden Wasserstoffgas trennen zu müssen.

Drei Ringe sind ideal

Die Wahl der Forscher fiel auf Dibenzyltoluol (DBT oder H0-DBT), eine Verbindung aus drei Benzolringen, die 18 Wasserstoffatome aufnehmen kann, das entspricht 6,2 Prozent des eigenen Gewichts. Mit dem Wasserstoff heißt es Perhydrodibenzyltoluol, wird aber zu H18-DBT abgekürzt. DBT wird bisher hauptsächlich als Wärmeträgeröl benutzt, das bis 350 Grad Celsius aufgeheizt werden kann, ohne zu verdampfen oder sich zu zersetzen.

Theoretisch können aus einem Kilogramm H18-DBT Wasserstoff 2,45 Kilowattstunden Energie gewonnen werden, die dann in einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor in Strom oder Arbeit umgewandelt werden. Das ist immerhin rund ein Fünftel der Energiedichte herkömmlicher Kraftstoffe. Aber die chemischen Voraussetzungen für das Verfahren sind nicht ideal, weshalb die Forscher noch viel Entwicklungsarbeit leisten müssen.