Energiewende: Polymer-Trick verbessert Wasserstoffspeicher

Eine hierzulande entwickelte Technik soll das Speichern von Wasserstoff leichter machen. Tests mit einem Schiff und auf einem Flughafen werden vorbereitet.

Ein Bericht von Werner Pluta veröffentlicht am 25. März 2022, 12:00 Uhr

Hereon-Forscher Thomas Klassen mit einem der Wasserstofftanks (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Wohin mit dem Wasserstoff? Das Element gilt als wichtige Komponente für die Energiewende. Die Speicherung ist jedoch noch problematisch. Ein Institut in Norddeutschland arbeitet seit einiger Zeit an einer Speichertechnik und hat damit kürzlich Fortschritte erzielt.

Seit einigen Jahren entwickelt das Team des Helmholtz-Zentrum Hereon, das bis 2021 Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) Zentrum für Material- und Küstenforschung hieß, eine Wasserstoff-Speichertechnik mit Metallhydriden. Metalle wie Titan oder Magnesium gehen mit dem Wasserstoff eine Verbindung ein und speichern ihn so. Durch Wärmezufuhr wird der Wasserstoff wieder freigesetzt.

2020 hatte sich Golem.de die Technik von Institutsleiter Thomas Klassen erklären lassen. Zwei Jahre später wollen wir wissen, was sich getan hat. Klassen kann von einer wichtigen Neuerung sowie von spannenden Projekten berichten, in denen die Speichertechnik in naher Zukunft in der Praxis erprobt werden soll.

Wasserstoff muss nicht komprimiert oder gekühlt werden

Das am Hereon entwickelte Verfahren hat einige Vorteile: Der Wasserstoff muss zum Speichern nicht auf unter minus 253 Grad Celsius heruntergekühlt und verflüssigt oder auf einen Druck von 700 bar komprimiert werden. Außerdem kann bei gleichem Volumen in einem Metallhydrid-Tank etwa doppelt so viel Wasserstoff gespeichert werden wie in einem Drucktank.

Das Problem, mit dem sich die Forscher konfrontiert sehen, ist die Handhabung: Um leichten Metallhydriden wie Magnesium-Hydrid oder Lithium-Bor-Hydrid den Wasserstoff wieder zu entlocken, müssen diese auf recht hohe Temperaturen erhitzt werden: ersteres auf 300 Grad Celsius, letzteres gar auf 400 Grad Celsius.

Einen Fortschritt brachte die Kombination aus Lithium-Bor- oder Lithium-Stickstoff-Hydriden mit Magnesiumhydrid. Bei diesen reagieren beide Hydride miteinander und liefern so zusätzliche Wärme. Dadurch lässt sich der Wasserstoff bei Temperaturen von unter 100 Grad Celsius aus dem Hydrid entnehmen. Für die Anwendung in einem Auto ist das aber immer noch zu viel.

Dieses Problem ist auch zwei Jahre später noch nicht abschließend gelöst. Die Kombination mit Nafion-Brennstoffzellen erfordere 80 Grad Celsius. "Da sind wir tatsächlich noch nicht", sagt Klassen. "Theoretisch, was die Reaktion der Hydride angeht, wären wir schon da. Da könnte man die Hydride sogar bei 40 Grad Celsius einsetzen."

Aber: Bei diesen Temperaturen läuft die Reaktion nur sehr langsam ab - zu langsam für ein Fahrzeug. Wird der Wasserstoff zu langsam freigesetzt, haben die Brennstoffzellen nicht genug Treibstoff und können nicht genug Leistung bereitstellen, um angemessen zu beschleunigen. "Um signifikant Wasserstoff aus dem Material wieder herauszuholen, braucht man 100 oder 110 Grad Celsius", sagt Klassen. "Da gibt es noch etwas zu tun."

Fortschritte gab es aber in anderer Hinsicht: Die Metallhydrid-Partikel haben eine Beschichtung aus einem Polymer bekommen, was gleich mehrere Vorteile hat. Das Team um Klassen und seinen Kollegen Volker Abetz hat diese Beschichtungen unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht und die Wirkweise sichtbar gemacht. Eine wissenschaftliche Veröffentlichung dazu ist kürzlich in der Fachzeitschrift Advanced Materials Technologies erschienen.

Zwei Probleme löst die Polymerbeschichtung: Sie sorgt für ein dynamischeres Entladen des Speichers und sie verbessert die Haltbarkeit des Speichers.