Wasserstoffbatterie: Reversibler chemischer Wasserstoffspeicher

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Es könnte der Wasserstoffwirtschaft einen großen Schub geben: Chemiker am Leibniz-Institut für Katalyse LIKAT haben eine neue Methode gefunden, um Wasserstoff chemisch zu speichern. Das System funktioniert im Grunde wie eine Batterie und gibt Wasserstoff bei Bedarf in hochreiner Form wieder ab, etwa um Brennstoffzellen zu betreiben.

Ameisensäure als Speichermedium für Wasserstoff

Die Chemiker am LIKAT entwickelten ihren Wasserstoffspeicher gemeinsam mit der Firma Apex. Bisher ist die Speicherung von Wasserstoff noch problematisch, weil das Gas in Gegenwart von Sauerstoff explosiv und unter normalen Bedingungen flüchtig ist und eine geringe Dichte aufweist. Deshalb suchen viele Wissenschaftler nach einem Weg, Wasserstoff chemisch zu speichern und wieder abzugeben, was mit der neuen Anlage jetzt gelungen ist.

Der neue Wasserstoffspeicher ist ein katalytisches System, das Ameisensäure und ihre Salze als Speichermedium nutzt. Die Forscher am LIKAT beschrieben schon vor einem Jahr im Fachjournal CHEMICAL SCIENCE, wie sie Wasserstoff mithilfe von Kohlendioxid aus der Luft und der Aminosäure L-Lysin katalytisch in Formiaten speichern. Was noch fehlte, war eine Möglichkeit, den Wasserstoff aus demselben System wieder freizusetzen, um ihn zu nutzen.

Das CO2 verbleibt im System

Das haben die Forscher jetzt geschafft. Die notwendigen chemischen Reaktionen funktionieren über einen Katalysator, den das LIKAT auf Basis eines Mangan-Komplexes entwickelten. Das heißt, er kommt anders als die meisten bisherigen Systeme ohne Edelmetall aus. Außerdem verbleibt das CO2, das zur Speicherung nötig ist, dauerhaft im Reaktionssystem. Die Forscher binden es an eine gewöhnliche Aminosäure, die sowohl in der Natur als auch in uns selbst vorkommt.

Das Reaktionssystem funktioniert wie eine elektrische Batterie, nur dass statt Strom Wasserstoff herauskommt. Zu Beginn wird der Speicher einmal mit CO2 aus der Luft befüllt und durchläuft dann mehrmals den Zyklus der Hydrierung (Wasserstoff-Speicherung) und Dehydrierung (Wasserstoff-Freisetzung). Dabei wird jedes mal neuer Wasserstoff in den Speicher geladen.

Hohe Ausbeuten

Besonders bemerkenswert an dieser Methode ist ihre hohe Ausbeute. Für die Speicherung liegt sie bei über 90 Prozent, für die Freisetzung bei 80 Prozent, die auch noch nach zehn Ladezyklen erreicht wurde. Das bedeutet, dass solche Anlagen künftig bei Bedarf jederzeit Wasserstoff bereitstellen können. Vor allem in Verbindung mit Erneuerbaren Energien ist das Verfahren sehr vielversprechend.

Obwohl es sich hier noch um Grundlagenforschung handelt, hat die Entwicklung großes Potenzial, die künftige Wasserstoffwirtschaft und den Energiesektor voranzubringen. Jetzt steht die praktische Umsetzung der Erkenntnisse aus dem Labor an. Das LIKAT wird das neue System gemeinsam der Apex Group zum Patent anmelden.

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