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Wie speichert man Wasserstoff effektiv? Ein Einblick in die Forschung der Geesthachter Forscher.


Institut für Werkstoffforschung

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Nanotechnologie

Porträt

Forschen unter Hochdruck: Anna-Lisa Chaudhary

Anna-Lisa Chaudhary arbeitet an neuen Materialien für Wasserstofftanks

3 Chaudary

Foto: privat, Illustration: Maren Wilfert


Der Versuchsaufbau ist nagelneu: ein kleiderschrankgroßes Metallgestell mit lauter Rohrleitungen, Ventilen und Druckanzeigen. Sichtlich begeistert geht Anna-Lisa Chaudhary die Kernkomponenten durch: Ein Kompressor presst Wasserstoffgas auf einen Druck von 2000 bar zusammen. Ein System aus Röhren und Ventilen dosiert und verteilt den Wasserstoff. Und schließlich ein kleiner, wuchtiger Metallzylinder, der beträchtlichen Drücken und Temperaturen trotzen kann. „Das ist die Probenkammer“, beschreibt die Materialforscherin. „Mit ihr wollen wir messen, inwieweit sich bestimmte Nanomaterialien zur Speicherung von Wasserstoff eignen.“

Vielen Experten gilt Wasserstoff als wichtiger Baustein der Energiewende: Mit seiner Hilfe lässt sich Solar- und Windstrom speichern, sodass auch in der Nacht und bei Flaute Energie da ist. Und: Mit Wasserstoff können Brennstoffzellenautos emissionsfrei fahren – mit einer Reichweite deutlich höher als bei batteriegetriebenen Elektroautos. Doch es gibt noch Entwicklungsbedarf: So sind die derzeitigen Tanks für Wasserstoffautos noch zu klobig und zu groß. Am HZG-Institut für Werkstoffforschung arbeitet Anna-Lisa Chaudhary an einer Alternative zu den gebräuchlichen Drucktanks – Nanomaterialien, die Wasserstoff speichern, indem sie ihn chemisch binden.

„Es mag überraschend klingen, aber im Prinzip lässt sich in einem Festkörper viel mehr Wasserstoff unterbringen als in einem Drucktank“, erläutert Chaudhary. Begonnen hatte sie die Arbeiten bereits in ihrer Heimat Australien.

„Schon als Kind haben mich Umweltthemen fasziniert“

erinnert sich die 39-Jährige, deren Vater Brite ist, ihre Mutter stammt von den Philippinen. Zunächst studierte sie Chemieingenieurwesen, danach promovierte sie an der Curtin University in Perth in Physik und wandte sich dort der Wasserstoffspeicherung zu. Noch vor Ende der Doktorarbeit kam das Angebot aus Geesthacht: eine Postdoc-Stelle, verknüpft mit einem konkreten Ziel: Die Expertin sollte Materialien erkunden, die bei hohen Drücken Wasserstoff an sich binden – eine vielversprechende Werkstoffklasse.

Chaudhary musste nicht lange überlegen.

„Deutschland investiert deutlich mehr in die Entwicklung der erneuerbaren Energien als das Kohleland Australien“, sagt sie. „Die Forschungsmöglichkeiten in Geesthacht sind fantastisch.“

2013 trat sie ihre Stelle an, im „Gepäck“ ihre beiden Kinder, damals vier und fünf Jahre alt. „Anfangs hatte ich einige Bedenken, weil die Schule hier komplett auf Deutsch läuft“, sagt die Forscherin. „Doch innerhalb weniger Monate haben sich meine Kinder darauf eingestellt, und heute sprechen sie besser Deutsch als Englisch.“

Deutschland kannte Chaudhary schon vor ihrem Job am HZG, mehrfach hatte sie hier Freunde besucht. „Allerdings war das immer im Winter, deshalb hatte ich vielleicht ein etwas schiefes Bild“, schmunzelt sie. Mittlerweile kennt sie das Land auch von seiner sonnigeren Seite.

„Mir gefällt es hier sehr gut, vor allem das Bildungs- und Gesundheitssystem – und natürlich die Bedingungen bei der Arbeit.“

Das Team, mit dem sie forscht, ist international, meist unterhält man sich auf Englisch. „Manchmal wünschte ich mir, es würde öfter deutsch gesprochen“, sagt die Wissenschaftlerin. „Dann hätte ich mehr Gelegenheit, die schwierige Grammatik zu üben.“

2013 begannen die Arbeiten am Hochdruckexperiment, seit Mai 2016 ist die Anlage fertig. Sie steht in einem Gebäude eigens erbaut für Versuche zur Wasserstoffspeicherung. „Mein Versuchsaufbau ist weltweit einzigartig“, sagt Anna-Lisa Chaudhary nicht ohne Stolz. Derzeit tüftelt ihr Team noch an der Software, 2017 sollen die Experimente starten. Dann werden hier Metallhydride auf der Basis von Magnesium, Bor oder Aluminium auf ihre Tauglichkeit untersucht – bei Drücken bis zu 2000 bar und Temperaturen bis zu 500 Grad.

Die möglichen Vorteile: Im Prinzip sollte sich unter Hochdruck mehr Wasserstoff speichern lassen als in einem Metallhydrid-Tank, der bei Normaldruck arbeitet. Außerdem sollte damit ein zügiges Betanken möglich ein. Das Ziel: Ein Wasserstofftank, der sich ebenso schnell befüllen lässt wie heute ein Benzin- oder Dieseltank, also innerhalb weniger Minuten.

„Wir suchen einen Werkstoff, der bei hohen Drücken und moderaten Temperaturen möglichst viel Wasserstoff speichert“, erläutert die Forscherin. „Am liebsten würde ich so einen Werkstoff dann im Prototyp eines Tanks testen.“ Zwar läuft Chaudharys Postdoc-Stelle im Juli 2017 aus. „Aber ich würde liebend gern hierbleiben und meine Forschungsarbeiten am HZG fortsetzen“, sagt sie – und lächelt: „Und meine Kinder hätten, glaube ich auch nichts dagegen.“


Autor: Frank Grotelüschen
Porträt aus der in2science #3 (Januar 2017)