Es ist das am häufigsten im Universum vorkommende Element, vierzehn Mal leichter als Luft, es verbrennt rückstandsfrei und wird bereits seit dem 19. Jahrhundert in der Industrie genutzt: Die Rede ist vom Element Wasserstoff. Im Periodensystem hat Wasserstoff das Elementsymbol H und steht mit seiner Ordnungszahl 1 an erster Stelle. Das geruchs- und farblose Gas tritt auf der Erde in gebundener Form in nahezu allen chemischen Verbindungen auf; primär ist Wasserstoff in Wasser gebunden. Besonders in den letzten Jahren gab es einen regelrechten Hype um grünen Wasserstoff, also Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird (Schrödingers Katze berichtete dazu sowie über Fahrzeuge, die mit Wasserstoff betrieben werden).
„Wasserstoff wird vor allem zur Energieerzeugung und als Kraftstoff verwendet“, erklärt Gisbert Rieß. Er ist am Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe tätig und befasst sich genau mit solchen Themen. Wasserstoff für die Industrie und vor allem für die Energiegewinnung nutzbar zu machen und richtig zu speichern, ist wichtig – und mitunter eine Herausforderung. Forschung über die sichere Speicherung von Wasserstoff soll diesen in Zukunft einfacher nutzbar machen und genau diese geschieht mitunter an der Montanuniversität Leoben. Dort wurde nun eine neue Methode zur chemischen Speicherung von Wasserstoff entwickelt. Die Forschungsergebnisse wurden im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlicht.
Verschiedene Speicherarten
Um Wasserstoff zu speichern, gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten, sagt Gisbert Rieß: Über die Herausforderungen bei der Sicherungen Speicherung von Wasserstoff sagt Gisbert Rieß: „Wasserstoff wird unter hohen Druck bzw. unter Adsorption (darunter versteht man die oberflächliche Anreicherung eines Stoffes mit Flüssigkeiten oder Gasen, Anm. d. Red.) gespeichert, beides kann bei Schwierigkeiten relativ schnell freigesetzt werden, was hinsichtlich der Sicherheit bedenklich ist.“
Bisher wurde Wasserstoff etwa in unterirdischen Speichern gelagert (sog. Kavernenspeicherung), auch die Speicherung und der Transport in Form von grünen Ammoniak ist möglich: Bei Ammoniak handelt es sich um eine chemische Verbindung von Wasserstoff und Stickstoff, durch die Wasserstoff nicht nur gespeichert, sondern auch beförderbar gemacht wird. Bei der Druckgasspeicherung wiederum wird Wasserstoff unter sehr hohem Druck verdichtet und in Tanks gespeichert und bei der Flüssigkeitsspeicherung wird Wasserstoff stark heruntergekühlt – auf minus 253 Grad Celsius – und dann in Tanks gespeichert. Das sind nur einige der aktuellen Möglichkeiten.
Neue chemische Speicherung
Deshalb hat er – gemeinsam mit Mohammadhossein Sharifian, Wolfgang Kern und Nikolaos Kostoglou – ein neues Verfahren entwickelt, bei dem Wasserstoff in reaktiven Polymeren – wie etwa Polyvinylnaphthalin – gespeichert wird. Polymere sind chemische Verbindungen, die aus kettenartigen oder verzweigten Molekülen bestehen. „Bei dieser chemischen Bindung von Wasserstoff an Polymeren gibt es im Speicher keinen freien Wasserstoff mehr“, ergänzt der Experte. Bestimmte Kunststoffe können Wasserstoff also in einer chemischen Reaktion sicher binden wieder freisetzen. Der Wasserstoff wird dabei stabil gebunden und das eingesetzte Speichermaterial ist ungefährlich.
„Präzise gesprochen, handelt es sich um eine katalytische Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktion, die es ermöglicht, rund fünf Gewichtsprozent Wasserstoff in Polymeren völlig gefahrlos zu speichern. Der Wasserstoff ist dann weder fest noch flüssig, sondern chemisch gebunden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichermethoden bietet dieses Verfahren erhebliche Vorteile, darunter erhöhte Sicherheit, Kosteneffizienz und einfache Handhabung, und erfordert keine tiefen Temperaturen. Damit unterscheiden sich polymerbasierte Wasserstoffspeicher von herkömmlichen Speichern wie Metallhydriden und flüssigen organischen Trägern“, beschreibt Gisbert Rieß das neue Verfahren. Nun sind er und sein Team dabei, diese Methode zu optimieren, etwa hinsichtlich deren Speicherkapazitäten und Effizienz. Die Forschung an der Montanuniversität Leoben ist ein weiterer, wichtiger Schritt, um Wasserstoff als nachhaltigen Energieträger zu etablieren.
