Wasserstoff sicher und effizient speichern: Neue Erkenntnisse und Lösungen
Forscherteam entwickelt neue Lösungen für die sichere und effiziente Speicherung von Wasserstoff.
(Bild: KI-generiert)
Wasserstoff verändert die Energieversorgung. Ihn sicher und effizient zu speichern, stellte Forscher bislang vor Probleme. Jetzt sind sie einen Schritt weiter.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, der Industrie und Verkehr verändern könnte. Bislang ist es jedoch schwierig, eine Lösung für ein grundlegendes Problem zu finden: Wie kann Wasserstoff effizient gespeichert werden?
Herausforderungen bei der Wasserstoffspeicherung
Die Speicherung von Wasserstoff ist seit jeher schwierig, was seine Akzeptanz beeinträchtigt. Herkömmliche Methoden wie die Kompression unter hohem Druck oder die Verflüssigung bei extrem niedrigen Temperaturen sind energieintensiv und wenig praktikabel.
In Wasserstoffautos wird Wasserstoff bei einem Druck gespeichert, der dem 700-fachen Atmosphärendruck entspricht. Diese Methode ist jedoch weder billig noch sicher. Und effizient ist sie auch nicht, wie die Forscher betonen.
Die Wissenschaft hinter Wasserstoff: Magnesiumhydrid
Ein Kubikmeter enthält nur 45 kg Wasserstoff. Das gleiche Volumen kann 70 kg Wasserstoff aufnehmen, wenn er vorher kondensiert wird. Allerdings ist der Verflüssigungsprozess sehr energieaufwendig, und die extrem niedrige Temperatur von etwa -253,15 Grad Celsius muss während der gesamten Lagerung aufrechterhalten werden.
Eine Alternative könnten geeignete Materialien sein, zum Beispiel Magnesiumhydrid, das bei normalem Luftdruck und Umgebungstemperatur bis zu 106 Kilogramm Wasserstoff in einem Kubikmeter fassen kann. Es ist eines der Materialien, mit denen Wasserstoff mit geringem Energieaufwand gespeichert und wiedergewonnen werden kann.
Wasserstoff kann in Form von Magnesiumhydrid nur aufgenommen werden, wenn er atomar vorliegt. Dieses Zweierpack kann aber nur mithilfe eines Katalysators getrennt werden. Auf der Suche nach einem effizienten Katalysator waren Wissenschaftler zuvor wenig erfolgreich.
Auf der Suche nach dem perfekten Katalysator
"Jahrzehntelang haben wir alle nach besseren Katalysatoren gesucht, nur nicht dort, wo wir suchen sollten", sagte der polnische Physiker Zbigniew Lodziana. Und dadurch konnte die Speicherung von Wasserstoff in Magnesium auch nicht so effizient vollzogen werden, dass dieses Verfahren mit den traditionellen hätte konkurrieren können.
Mit einem Forscherteam aus Polen und der Schweiz ist Lodziana nun einen Schritt weitergekommen. Sie fanden den Grund für das langjährige Scheitern heraus: ein unvollständiges Verständnis der Phänomene, die bei der Injektion von Wasserstoff im Magnesium auftreten. Durch eine Kombination von theoretischen Modellen und experimentellen Untersuchungen konnte jetzt ein besseres Verständnis erreicht werden.
Ein neues Verständnis für Wasserstoffspeicherung
Es konnte gezeigt werden, dass sich lokale Magnesiumhydrid-Cluster bilden, wenn Wasserstoffatome durch das Material wandern. An den Stellen, an denen reines Magnesium in Magnesiumhydrid übergeht, ändert sich die Anordnung der Elektronen im Material.
Dadurch wird es für die Wasserstoffteilchen schwieriger, sich zu bewegen. Das bedeutet, dass sie nicht schnell genug vorankommen, um alle verfügbaren Plätze für die Speicherung zu nutzen.
Sicherheit und Effizienz in der Wasserstoffspeicherung
Mit diesem Wissen hoffen die Forscher jetzt, einen Katalysator finden zu können, mit dem die Wasserstoffbremse gelöst werden könnte. Sollte es gelingen, könnten Magnesiumspeicher in technischen Anwendungen zum Einsatz kommen.
Sie könnten nicht nur eine größere Menge speichern, sondern wären auch sicher. In Form von Hydrid kann Wasserstoff nicht brennen und Explosionen dürften ausgeschlossen sein.
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