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Nano-Schwamm als Wasserstoff-Tank? Mehr als 2 Millionen Euro für Erforschung eines neuen Brennstoffspeichers

Nano-Schwamm als Wasserstoff-Tank?
Wasserstoffspeicherung (HZG / Urheber: Chr. Schmid)

Wasserstoff als Kraftstoff – ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz. Bei seiner Umwandlung in elektrische Energie entsteht reines Wasser. Im Bereich mobiler Anwendungen gibt es bisher keine kostengünstigen und energieeffizienten Speicher für das Gas.Ein Forschungsverbund von Hamburger Universitäten, einer außeruniversitären Forschungseinrichtung und Industriepartnern entwickelt einen neuen Wasserstoffspeicher, der aus nanoporösem Material besteht und den Wasserstoff sowohl speichern als auch kontrolliert wieder abgegeben kann, ähnlich wie ein wassergetränkter Schwamm.

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 Prof. Dr. Michael Fröba, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie der Universität Hamburg. Beteiligt sind Prof. Dr. Volker Abetz, Institut für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht und Institut für Physikalische Chemie der UHH; Prof. Dr. Thomas Klassen, Institut für Werkstoffforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht und Institut für Werkstofftechnik der Helmut-Schmidt-Universität, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft der Technischen Universität Hamburg-Harburg, sowie als industrieller Partner die Zoz GmbH aus Wenden, ein Spezialist für Wasserstofftechnologie und nanostrukturierte Werkstoffe.

Wasserstoff 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 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 – also Verbindungen von Leichtmetallen wie Lithium oder Magnesium mit Wasserstoff (LMH) – sind in der Lage, Wasserstoff aufzunehmen und auch wieder abzugeben. Zusammen mit Sauerstoff liefert dieser Wasserstoff in einer Brennstoffzelle 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 ist eine weitere Besonderheit dieses Materials, das 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 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. Die Zoz GmbH soll die Herstellung dieser neuartigen Speicherwerkstoffe in größerem Maßstab realisieren und ist auch für den späteren Bau eines Demonstrator-Tanks zuständig.

Die Bewilligung von HyScore ist auch ein Erfolg für den Energieforschungsverbund Hamburg, mit dessen Unterstützung dieses Forschungsprojekt initiiert wurde.

https://www.uni-hamburg.de/presse/pressemitteilungen/2016/pm2.html

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