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Wasserstoff speichern – in Metallhydriden Forschung am Hereon: Wasserstoff effizient und sicher speichern

Wenn man es so vor sich sieht, wirkt es unscheinbar: Metallhydridpulver. Doch was so mausgrau und langweilig daherkommt, ist aus wissenschaftlicher und technologischer Sicht enorm spannend. Die Metallatome im Pulver können Wasserstoff binden – und ihn vollständig wieder abgeben. Wie ein Schwamm saugt das Material den Wasserstoff auf. Forschende am Helmholtz-Zentrum Hereon beschäftigten sich seit über 20 Jahren mit dieser Form der Wasserstoffspeicherung.

Wasserstoff speichern – in Metallhydriden
© Hereon/Christian Schmid

Die pulvergefüllten Tanks, die je nach Anwendung kleiner oder größer sein können, sind eine Alternative zu herkömmlichen Druckgasspeichern (die mit Drücken bis zu 700 bar arbeiten) und Flüssigwasserstoff (der energieaufwändig heruntergekühlt werden muss). Die Tanks werden in Hinblick auf die jeweilige Anforderung designt und gebaut. Brennstoffzellen, die von solchen Tanks versorgt werden, produzieren die notwendige Abwärme, um den Wasserstoff aus dem Hydrid herauszulösen – so erreicht die Technologie einen hohen Wirkungsgrad.

 

Die Vorteile von Metallhydridspeichertanks:

- hohe Energiedichte (dichter als zwischen den Metallatomen geht es kaum, eine so kompakte Anwendung ist besonders in mobilen Anwendungen wichtig)

- hohe energetische Effizienz (bis zu 93 Prozent)

- hohe Sicherheit (die Metallhydride nehmen den Wasserstoff bei moderaten Drücken und Temperaturen auf und geben ihn kontrolliert statt schlagartig wieder frei)

 

Anwendungen der Metallhydridspeicher:
Die Speichertechnologie aus Geesthacht kann in vielen Bereichen angewendet werden:
- im Straßenverkehr: z.B. bei der Wasserstoffspeicherung in Brennstoffzellen-Fahrzeugen
- im Luftverkehr: z.B. Wasserstoff-Produktions- und Betankungsinfrastruktur
- im Schiffsverkehr: z.B. beim Bau des Wasserstoffsystems an Bord des neuen Forschungsschiffs LUDWIG PRANDTL II
- bei der Sektorkopplung: zwischen Strom, Wärme, Mobilität
- in saisonalen Energiespeichern: z.B. gekoppelt mit Windenergie oder Photovoltaik und Elektrolyse

 

Aktuelle Projekte
Das Forschungszentrum Hereon ist in vielen Projekten involviert, in denen die Technologie nun zur Anwendungsreife gebracht werden soll. Zwei aktuelle Beispiele:

Im Projekt HyCARE arbeiten Hereon-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen gemeinsam mit anderen Forschergruppen aus Europa daran, ein modulares Tanksystem zu entwickeln, das auf kleinstem Raum mindestens 40 Kilogramm Wasserstoff aufnimmt und dabei auch Wärme speichert. Das erste Prototypmodul wurde 2020 gebaut und in Geesthacht getestet. Dank der guten Ergebnisse dieses Prototyps wird das Speichersystem von KMU-Partnern optimiert – einschließlich aller Sicherheitsaspekte, kostengünstiger Herstellung und Steuerungs-Strategie. Parallel läuft noch eine Lebenszyklusanalyse, um das ökologische Potenzial des Systems aufzuzeigen. Das HyCARE-System soll bis Sommer 2022 in Paris beim Partner ENGIE installiert werden.

Im Rahmen des Projektes H2HybridTank entwickeln Forschende des Hereons gemeinsam mit der Volkswagen AG und den Unternehmen Panco GmbH und Stühff Maschinen- und Anlagenbau GmbH einen mobilen Wasserstoffspeicher auf Metallhydridbasis. Dieser speichert rund 5 Kilogramm Wasserstoff bei einem Beladedruck von maximal 60 bar in einem komplex geformten Druckbehälter. Als stationärer Demonstrator für die entwickelte Technologie soll dieser eine PKW-Brennstoffzelle vollständig versorgen können.

 

Forschung am Hereon
Das Helmholtz-Zentrum Hereon betreibt internationale Spitzenforschung für eine Welt im Wandel: Rund 1.100 Beschäftigte arbeiten in insgesamt 15 Instituten unter anderem an Hochleistungswerkstoffen, Verfahren und umweltschonenden Technologien für die Mobilität und neuen Energiesystemen. Das Institut für Wasserstofftechnologie beschäftigt sich in erster Linie mit Speichermöglichkeiten. Dazu gehören die grundlegende Materialentwicklung, die Hochskalierung der Materialsynthese und die Integration in verschiedene Systeme. Begleitet wird der ganze Prozess von Computersimulationen. Das Institut für Photoelektrochemie forscht an der klimaneutralen Herstellung von H2 mittels photoelektrochemischer Zellen, den sogenannten „Künstlichen Blättern“. Das Institut für Membranforschung erarbeitet auf dem Gebiet der Wasserstofftechnologie energetisch effektive Verfahren zur Abtrennung und Aufreinigung von Wasserstoff aus gemischten Gasströmen wie zum Beispiel Erdgas.

 

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Über die Autorin

Gesa Seidel ist im Helmholtz-Zentrum Hereon für Wissenschaftskommunikation zuständig. In der Abteilung Kommunikation und Medien ist sie an der Schnittstelle zwischen Forschenden, Medienschaffenden und der Öffentlichkeit, kümmert sich um Pressearbeit, arbeitet redaktionell und verantwortet die Social Media Kanäle des Hereons.

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