|  Pressemitteilung

Wasserstoff kostengünstig produzieren, reinigen und kompakt speichern

Wasserstoff als Energieträger der Zukunft ist schon lange im Gespräch. Aber wie kann er kostengünstig und vor allem ressourcenschonend hergestellt werden? Und wie lässt sich dieses flüchtige, explosive Gas sicher und kompakt speichern? Diese Fragen beschäftigen auch die Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), die schon seit einigen Jahren Methoden zur Nutzung von Wasserstoff als verlässlichen Energielieferanten erforschen. Ihre neuesten Entwicklungen präsentieren sie auf der H2Expo in Hamburg vom 23. bis zum 26. September 2014.

Wasserstoffflitzer Hzg

Der HZG-Wasserstoffflitzer wird auf dem Messestand zu sehen sein, an dem die Wissenschaftler die innovative Speichertechnologie demonstrieren. [Foto: Helmholtz-Zentrum Geesthacht].

Unter anderem zeigen die HZG- Werkstoff- und Polymerforscher an ihrem gemeinsamen Messestand Prototypen der Wasserstofftechnologie. Darunter neuartige Katalysatorschichten für die kostengünstige Wasserstoffproduktion mit Sonnenlicht, energieeffiziente Membranmodule für die Wasserstoffreinigung und Metallhydrid-Niederdruckspeicher für eine sichere und kompakte Speicherung.

Voraussetzung einer künftigen Wasserstoffwirtschaft ist eine kostengünstige, nachhaltige und umweltfreundliche Produktion. Weit verbreitet sind immer noch die klassischen Gewinnungsmethoden aus Erdgas mit der einhergehenden Treibhausgasproblematik und dem Ressourcenverbrauch. Die Geesthachter Wissenschaftler gehen deshalb einen anderen Weg – sie erforschen Verfahren, wie sich Wasserstoff direkt aus Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht (photokatalytisch) gewinnen lässt. Möglichst klein und kostengünstig sollen die dafür notwendigen Anlagen sein. Ihr Augenmerk liegt auf photoelektrochemisch aktiven Oberflächen für die Aufspaltung von Wasser sowie innovativen Produktionsverfahren, um diese herzustellen.

Eine große Herausforderung für den breiten Einsatz von Wasserstoff ist auch seine sichere, kompakte und kostengünstige Speicherung. Dafür setzen die Wissenschaftler spezielle Leichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen in Tanks ein, die im Vergleich zur heute in Fahrzeugen eingesetzten Hochdruckspeicherung bei 350 oder 700 bar eine extrem kompakte Speicherung bei wesentlich niedrigeren Drücken erlauben. Das macht die Wasserstofftanks mit einem Maximaldruck von 50 bar besonders sicher. Außerdem bietet diese Technologie weitere entscheidende Vorteile, auch gegenüber der Flüssiggasspeicherung bei -253 Grad Celsius: Es sind keine Kompressoren oder Verflüssiger notwendig – die Tanks können aus heutigen Hochdruckelektrolyseuren direkt betankt werden.

Metallhydride für kompakte Speicher

Wasserstoffflitzer Mit Wasserstofftank

Der Wasserstoffflitzer der HZG-Wissenschaftler fährt bereits mit den neuen Wasserstofftanks [Foto: J. Knop / Helmholtz-Zentrum Geesthacht]

Im Inneren der vom HZG entwickelten Wasserstofftanks liegt der Schlüssel für ihre Effizienz: so genannte Leichtmetallhydride. Dabei handelt es sich um Kombinationen von Leichtmetallen wie zum Beispiel Natrium und Aluminium oder Lithium und Magnesium und zum Teil zusätzlich Nichtmetallen wie Bor oder Stickstoff, die in Reaktion mit Wasserstoff zu den gewünschten Leichtmetallhydriden werden. Die HZG-Wissenschaftler setzen für die Speicherung zu Tabletten gepresste Metallhydrid-Pulver ein, die dank ihrer Struktur bei geringem Gewicht und Volumen und niedrigem Druck besonders viel Wasserstoff speichern. Das erlaubt ein schlankeres und leichteres Tankdesign. Dadurch, dass ein Tank aus kleineren Einzelmodulen aufgebaut ist, lässt sich dieser in verschiedene Formen bringen und einfach zur gewünschten Speicherkapazität zusammenfassen. So eignen sich die HZG-Wasserstoffspeicher für stationäre und mobile Lösungen gleichermaßen.

Ein weiteres Plus sind die schon heute möglichen kurzen Be- und Entladezeiten. Mit Hilfe von besseren Katalysatoren und einem optimierten Tankdesign kann der Ladeprozess bestimmter Speichermaterialien von mehr als zehn Stunden auf unter zehn Minuten verkürzt werden. Dadurch bereichern die HZG-Wissenschaftler die heutige Technologievielfalt und tragen so dazu bei, dass Industrie und Endverbraucher sie nutzen können.

99 Prozent Reinheit dank Membrantechnik

Neben innovativen Produktions- und Speichertechnologien befassen sich die Forscher mit der Entwicklung neuartiger Polymermembranmaterialien, -membranmodulen und membranbasierten Verfahrenstechnologien, um Wasserstoff energiesparend von Verunreinigungen zu befreien. Im Zusammenhang mit der Gewinnung von Wasserstoff aus Industriegasen konnten die Geesthachter so schon einen entscheidenden Beitrag leisten. Die Wissenschaftler erzielten dank selektiver Polymermembranen in Prototypen Wasserstoffströme mit einer Reinheit von bis zu 99 Prozent. In anderen Bereichen, wie zum Beispiel der Benzindampfrückgewinnung, ist die Geesthachter Membrantechnologie schon lange in den Alltag überführt.

Weiterer Forschungsbedarf

Das vorrangige Ziel bleibt, die Energieeffizienz in der Wasserstofftechnologie zu steigern und existierende Verfahren und Methoden bei gleichzeitig niedrigen Lebenszykluskosten weiter zu verbessern. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie wollen die Forscher in den nächsten Jahren die HZG-Wasserstofftechnologie zur Marktreife zu bringen. Um die Kompetenzen im Bereich der Wasserstoffproduktion, -konditionierung und –speicherung zu bündeln, hat das HZG vor Kurzem das Hydrogen Technology Centre (HTC) sowie das Polymer Technology Centre (PTC) gegründet. Hier können die Forscher ausgewählte Facetten der Wasserstofftechnologie von der Grundlagenforschung bis zum Bau von industrienahen Prototypsystemen erforschen, einschließlich der notwendigen Technologien für die Herstellung der Materialien im Pilotmaßstab.

Kontakt


Dr. Klaus Taube

Abteilung Nanotechnologie

Institut für Werkstoffforschung
Helmholtz-Zentrum Geesthacht

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Dr. Torsten Fischer

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

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