Forscher von Hamburger Universitäten, einer außeruniversitären Forschungseinrichtung und Industriepartnern arbeiten an neuen Tanks für die Wasserstoff-Speicherung.
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Wasserstoff als Kraftstoff könnte einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Doch bisher gibt es im Bereich der mobilen Anwendungen keine kostengünstigen und energieeffizienten Speicher für das Gas. Ein Forschungsverbund von Hamburger Universitäten, einer außeruniversitären Forschungseinrichtung und Industriepartnern will jetzt einen neuen Wasserstoffspeicher entwickeln, der aus nanoporösem Material besteht und den Wasserstoff sowohl speichern als auch kontrolliert wieder abgegeben kann, ähnlich wie ein wassergetränkter Schwamm.
Schnelle Betankung, lange Betriebsdauer und Kosteneffizienz
Wasserstoff (H2) ist das leichteste der chemischen Elemente und nimmt unter Normalbedingungen ein sehr großes Volumen ein. Als Brennstoff kann es bisher nur unter hohem Druck in schwere Flaschen gepresst oder bei minus 253 Grad Celsius verflüssigt in Tanks gelagert werden. Beide Methoden sind für mobile Anwendungen, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen, nur eingeschränkt nutzbar, da sie sehr kostspielig sind. Die Kooperationspartner wollen deshalb untersuchen, inwieweit Tanks, die mit einem innovativen Speichermaterial aus Leichtmetallhydriden in porösen Materialien ausgestattet sind, für die Wasserstoff-Speicherung Vorteile besitzen.
Die dabei eingesetzten nanopartikulären Leichtmetallhydride (LMH) - also Verbindungen von Leichtmetallen wie Lithium oder Magnesium mit Wasserstoff - sind in der Lage, Wasserstoff aufzunehmen (Tankvorgang) und auch wieder abzugeben (beispielsweise während der Fahrt), wir die Forscher erklären. Zusammen mit Sauerstoff liefert dieser Wasserstoff in einer Brennstoffzelle dann Strom, der einen Elektromotor antreibt. Die LMH werden in ein nanoporöses Kohlenstoff/Polymer-Komposit eingebettet, das über Poren und Kanäle verfügt, die nur wenige Nanometer im Durchmesser sind (1 Nanometer entspricht 1 Millionstel Millimeter). Die auf diese Weise entstehende schwammartige Struktur sei eine weitere Besonderheit dieses Materials, welches dann in Form einer Speicherfolie in einen Tank eingebaut werden soll.
Von dieser neuen Materialklasse erhoffen sich die Forscher nicht nur eine sichere und energieeffiziente Speicherung des Wasserstoffs, sondern auch eine schnelle Betankung, lange Betriebsdauern und Kosteneffizienz. Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht wird die eigentlichen LMH sowie die Polymerfolie mit dem eingebetteten LMH-Komposit synthetisieren und optimieren, während die Universität Hamburg für die Entwicklung geeigneter nanoporöser Kohlenstoffe zur Umhüllung der LMH vor der Einbettung verantwortlich ist. Die TU Hamburg-Harburg wird die Eigenschaften der neuartigen Speichermaterialien am Computer simulieren und in Zusammenarbeit mit den Partnern ein optimiertes Tankdesign entwickeln. Das Unternehmen Zoz soll die Herstellung dieser neuartigen Speicherwerkstoffe in größerem Maßstab realisieren und ist auch für den späteren Bau eines Demonstratortanks zuständig.
Forschungsprojekt HyScore
Das Projekt "Effiziente H2-Speicherung durch neuartige hierarchisch poröse Core-Shell-Strukturen mit eingelagerten Leichtmetallhydriden (HyScore)" wird ab 2016 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit mehr als zwei Millionen Euro gefördert. Koordinator ist Professor Dr. Michael Fröba vom Institut für Anorganische und Angewandte Chemie der Universität Hamburg (UHH). Beteiligt sind außerdem Professor Dr. Volker Abetz (Institut für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht und Institut für Physikalische Chemie der UHH), Professor Dr. Thomas Klassen (Institut für Werkstoffforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht und Institut für Werkstofftechnik der Helmut-Schmidt-Universität), Professor Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt (Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft der Technischen Universität Hamburg-Harburg) sowie als industrieller Partner Zoz aus Wenden, ein Spezialist für Wasserstofftechnologie und nanostrukturierte Werkstoffe.
Das Forschungsprojekt HyScore ist mit Unterstützung des Energieforschungsverbunds Hamburg (EFH) initiiert worden. Dieser Verbund umfasst fünf Hamburger Hochschulen (Universität Hamburg, Technische Universität Hamburg-Harburg, Helmut-Schmidt-Universität, HafenCity-Universität und die Hamburger Hochschule für Angewandte Wissenschaften).