Wasserstoffspeicherung in Feststoffen für mobile Anwendungen
Die Sonnen-, Wind- und Wasserressourcen der Natur bieten sich als vielversprechende Möglichkeiten im Kampf gegen die Abhängigkeit von einem schwindenden Vorrat an fossilen Brennstoffen an, deren Verbrennung zunehmend mit dem weltweiten Klimawandel in Verbindung gebracht wird. Diese alternativen Energiequellen leiden aber teils unter denselben Problemen wie Energiequellen auf Basis fossiler Brennstoffe, nämlich die schwankende Verfügbarkeit (die sich im Laufe der Zeit ändert) und die ungleiche geografische Verteilung. Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und könnte eine Lösung für beide Probleme sein. Allerdings ist die Lagerung bei Zimmertemperatur und mit der für mobile Anwendungen erforderlichen Dichte und Kompaktheit schwierig. Wissenschaftler riefen das Projekt "Fluorine substituted high-capacity hydrides for hydrogen storage at low working temperatures" (FLYHY) ins Leben, um neue Werkstoffe und Verfahren für die Wasserstoffspeicherung in Feststoffen zu entwickeln. FLYHY beschäftigte sich insbesondere mit der Modifikation von Wasserstoff-kapazitiven Materialien, indem es mit kommerziell erweiterbaren Aufbereitungsverfahren einige Wasserstoffatome durch Halogene ersetzte (Fluor, Chlor, Brom und Iod). Ziel war eine hohe Speicherdichte, eine hohe Wasserstofflade- und Wasserstoffentladegeschwindigkeit sowie Betriebstemperaturen, die mit Brennstoffzellen kompatibel sind (Protonenaustauschmembran (PEM)). Man untersuchte einige vielversprechende Borhydride, einschließlich Lithium-Borhydrid (LiBH4) und Calciumborhydrid (Ca(BH4)2). Zudem wurde die Substitution der BH4-Gruppen mit den verschiedenen Halogenen untersucht und die daraus entstehenden Verbindungen hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften charakterisiert. Dabei konnten die Fluor-Substitution in reaktiven Hydridkomposits auf Grundlage von Calcium, Lithium und Natrium sowie die erwartete Senkung der Wasserstofffreigabetemperaturen beobachtet werden. Die Optimierung der Reaktionstemperaturen, Druckzustände und Zusätze soll Reaktionspfade ermöglichen, die die hohe Speicherkapazität und Wechselbeständigkeit der Trägerverbindungen beibehalten. Eine Ökobilanz und Vergleiche der Tankkosten unterstützen die Wettbewerbsfähigkeit der Wasserstoffspeicherung in Feststoffen mit konventionellen Druckgas- oder Flüssigtechnologien, allerdings unter einem Vorbehalt. Die Ausgangsmaterialien müssen in großen Mengen industriell gewonnen werden und nicht in geringen Gewichtsmengen in Feinchemiefirmen. Indes müssen die Effekte geringerer Reinheitsgrade noch untersucht werden. FLYHY erwirkte große Fortschritte in der Entwicklung von Feststoffmaterialien für die Wasserstoffspeicherung mit Speicherdichten, hohem Wasserstoffwechsel und Temperaturen, die für eine Einbindung in Brennstoffzellen für mobile und stationäre Anwendungen geeignet sind. Das Potenzial des Wasserstoffs als saubere, erneuerbare und sichere Energiequelle könnte einen Schritt näher an die Umsetzung im großen Maßstab herankommen.
