Wende beim Wasserstoff – Fraunhofer Institut bändigt das gefährliche Gas in einer Powerpaste
Strom-Speicher Wende beim Wasserstoff – Fraunhofer Institut bändigt das gefährliche Gas in einer Powerpaste
Aus dem hochgefährlichen Gas entsteht eine harmlose Paste.
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von Gernot Kramper 05.02.2021, 11:19 Uhr
Die Energiewende steht vor der Frage, wie Strom gespeichert werden soll. Das Fraunhofer Institut hat eine Methode vorgestellt, sehr viel Wasserstoff-Energie in einer harmlosen Paste zu speichern.
Ist das der Durchbruch der Wasserstoff-Technik? Forscher des Fraunhofer-Instituts ist es gelungen, die Energie des Wasserstoffes mit in einer Art "Zahnpasta" zu fesseln. Sie haben eine "Powerpaste" auf Magnesiumbasis vorgestellt, die Wasserstoff mit der zehnfachen Energiedichte einer Lithium-Batterie speichert. Bei gleichem Gewicht und Volumen wie ein Akkupack könnte ein Wasserstoffmobil zehnmal so weit fahren.
Wasserstoff könnte im Prinzip eine Schlüsseltechnologie für das Zeitalter der erneuerbaren Energie sein. Mit überschüssigem Strom aus Wind- oder Solarenergie kann Wasserstoff künstlich hergestellt werden. Bei seiner Verbrennung fallen weder Schadstoffe noch klimaschädliches CO2 an. Das Problem ist nur, dass Wasserstoff normalerweise als Gas vorliegt und sehr schwer zu handhaben ist. Zudem ist das Gas hochexplosiv.
Enorme Kosten des Tanks
Brennstoffzellenfahrzeuge führen den Wasserstoff derzeit in gasförmiger Form mit sich. Er wird in Tanks mit einem Druck von etwa 700 bar gespeichert. Diese Tanks sind so groß und schwer, dass das ganze System keine höhere Energiedichte hat als Lithium-Akkus. Die Speicherung ist so aufwendig, dass es nicht absehbar ist, kleinere Einheiten wie E-Bikes oder Motorräder damit anzutreiben.
Diese Probleme umgeht die "Powerpaste" auf Magnesiumhydrid-Basis. Hier wird Magnesium mit Wasserstoff bei etwa 350 Grad und dem fünf- bis sechsfachen Atmosphärendruck zusammengemischt, so bildet sich das Magnesiumhydrid. Ein Ester und ein Metallsalz werden hinzugefügt, dann entsteht ein grauer Brei, der in Kartuschen geladen werden kann. Bis zu Temperaturen von 250 Grad ist die Paste vollkommen stabil. Sie soll die 10-fache Energie einer ähnlich schweren Lithiumbatterie binden. Fahrzeuge, die mit der Powerpaste betrieben werden, hätten dann eine Reichweite "vergleichbar mit - oder sogar größer als - Benzin".
Tanken mit Wechsel-Kartuschen
Die Paste selbst wird nicht verbrannt. Sie wird aus der Kartusche in eine Kammer gepresst. Gleichzeitig wird Wasser hinzugeführt, so setzt die Paste den Wasserstoff kontrolliert frei. Die Hälfte des Wasserstoffs stammt dabei aus dem Wasser, mit dem die Paste reagiert. Das erleichtert die Logistik weiter, da Wasser lokal vorhanden ist und nicht weit transportiert werden muss. In Bezug auf die Energiedichte muss man anmerken, dass ein Auto nicht nur die Kartuschen laden, sondern auch Wasser tanken muss. Das Fraunhofer-Team hat einen Prototyp mit einer Powerpaste-Kartusche und einer 100-Watt-PEM-Brennstoffzelle gebaut.
In der Zukunft wird beim "Tanken" nicht die Paste in das Fahrzeug gedrückt, die gesamte Kartusche wird ausgetauscht – so in etwa wie man eine Propangas-Flasche ersetzt. Nur bei großen Stromverbrauchern könnte die Paste doch in den Tank gepresst werden. Die gesamte Wasserstoff-Logistik könnte mit dieser Paste revolutioniert werden. Erneuerbarer Strom könnte irgendwo auf der Welt genutzt werden, um Wasserstoff zu erzeugen, und die Paste könnte ohne aufwendige Technik transportiert werden.
Offenes Rennen
Das alles hört sich sehr verlockend an. Aber viele Fragen sind nicht geklärt. Das ganze System macht nur Sinn, wenn es gelingt, das Magnesium komplett in dem Kreislauf zu recyceln. Und dann kommt noch die Frage, wie effizient der Prozess ist. Schon die Herstellung des Wasserstoffes mit Strom verliert Energie, hinzu kommt die Energie, die nötig ist, um die Paste herzustellen. Allein die Erhitzung auf 350 Grad hört sich nicht sparsam an.
Das Rennen um den Stromspeicher der Zukunft ist damit nicht entschieden. Denn auch in der Batterietechnik gibt es vielversprechende Ansätze, die ohne seltene Erden auskommen, und dabei eine höhere Energiedichte und längere Haltbarkeit bieten. Und diese Batterien kommen in kaum zwei Jahren in der Serienproduktion an. Das Fraunhofer Institut baut nun eine Produktionsanlage, um bis zu vier Tonnen Paste pro Jahr für die weitere Forschung zu produzieren.
Quelle: Fraunhofer
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