Chemiker am Leibniz-Institut für Katalyse, LIKAT, entwickeln gemeinsam mit der Firma Apex ein katalytisches System, das Wasserstoff chemisch speichert und in hochreiner Form beliebig wieder abgeben kann. Dieses von den Forschern als "Wasserstoff-Batterie" bezeichnete System könnte eine wichtige Alternative zur bisher gebräuchlichen Wasserstoff-Speicherung zum Betrieb von Brennstoffzellen in Fahrzeugen sein.
Für die Anwendung in Fahrzeugen setzt die Industrie bislang vorrangig auf die Wasserstoffspeicherung in Hochdrucktanks, bei denen das Wasserstoffgas mit bis zu 700 bar in entsprechenden Behältern gelagert wird. Eine andere Variante ist die Speicherung von verflüssigtem Wasserstoff bei extrem niedriger Temperatur (-253 Grad Celsius). Beide Verfahren sind entsprechend aufwändig in der mobilen Anwendung. Zusätzlich hierzu lässt sich Wasserstoff derzeit auch über Katalyse in einem flüssigen Trägermedium (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) oder in Metallhydridspeichern speichern. Beide Varianten sind aber für die mobile Anwendung etwa in Brennstoffzellen-Pkw aus technischen Gründen ungeeignet.
Wasserstoff speichern wie in einer Batterie
Mit der "Wasserstoff-Batterie" zeigen die Forscher nun eine weitere Variante auf. Die Bezeichnung Batterie wählten die Chemiker wegen der vergleichbaren Funktion zu einer Batterie, die vielfach aufgeladen und wieder entladen werden kann. Doch statt mit Strom wird die entwickelte Batterie eben mit Wasserstoff "gefüllt", der anschließend bei Bedarf wieder abgegeben werden kann.
Als Speichermedium werden laut der Veröffentlichung der Forschungsgruppe von Dr. Henrik Junge (LIKAT) im Fachjournal "Nature Energy" Ameisensäure und ihre Salze verwendet, sogenannte Formiate. Diese Speicherung von Wasserstoff in Formiaten hatten die Rostocker Chemiker bereits in einem weiteren Fachartikel vor einem Jahr beschrieben. Mit der jetzt erfolgten Veröffentlichung wird beschrieben, wie dieser Wasserstoff aus der "Batterie" zurückgewonnen werden kann.
Zur "Füllung" der Batterie verwenden die Forscher Kohlendioxid aus der Umgebungsluft und die Aminosäure L-Lysin sowie als Katalysator einen selbst entwickelten Mangan-Komplex. Dieser kommt, wie aus der Veröffentlichung hervorgeht, anders als bei bisher bekannten Verfahren ohne Edelmetalle aus.
Kohlendioxid als Speichermedium
Es gibt weitere Vorzüge, wie der Direktor des LIKAT, Prof. Dr. Matthias Beller, erläutert. Normalerweise wird bei der Rückgewinnung von Wasserstoff aus Formiaten das zur Speicherung verwendete Kohlendioxid wieder frei. "Wir hingegen halten das CO2 dauerhaft in unserem Reaktionssystem fest." Der Trick besteht darin, dass die Forscher das CO2 an eine gewöhnliche Aminosäure binden, die in der Natur und in uns selber vorkommt.
Das neu entwickelte Reaktionssystem folgt dem Prinzip einer elektrischen Batterie – mit dem Unterschied, dass anstelle von elektrischem Strom Wasserstoff genutzt wird. Eine solche Batterie wird also einmal zu Beginn mit CO2 aus der Luft befüllt. Sie kann dann den Zyklus der Hydrierung (H2-Speicherung) und Dehydrierung (H2-Freisetzung) mehrmals durchlaufen, wobei stets neuer Wasserstoff in den Speicher geladen wird.
Vorrangig sieht die Forschergruppe die Hauptanwendung einer solchen Wasserstoffbatterie als temporären Speicher von Energie, etwa bei einer Überschussproduktion aus Photovoltaik und Windkraft, um diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder abrufen zu können. Eine andere mögliche Anwendung des Systems wäre zum Beispiel in Lkw für die Langstrecke. Hier erprobt die Industrie (siehe Mercedes GenH2 Wasserstoff-Lkw in der Bildergalerie) aktuell sowohl Hochdruck- als auch Niedrigtemperatur-Tanks. Die Wasserstoff-Batterie wäre möglicherweise eine technisch weniger anspruchsvolle Alternative.
Fazit
Wasserstoff ohne hohen Druck oder Tiefkühlung speichern wie in einer Batterie: Diese Technik haben jetzt Forscher vom Leibniz Institut für Katalyse vorgestellt. Bei diesem Verfahren kann eine Speichereinheit durch Katalyse immer wieder mit Wasserstoff befüllt und dieser bei Bedarf zurückgewonnen werden. Während die Hauptanwendung dieser zum Patent angemeldeten Technik wohl temporäre Speicher für überschüssigen Strom aus alternativer Erzeugung sein dürften, könnte das Verfahren auch für die Versorgung von Brennstoffzellen in Fahrzeugen eine interessante Alternative sein.
