Helfer aus der Küche Backpulver wird zum chemischen Wasserstoffspeicher

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Wasserstoffgas ist flüchtig und brennbar. Letztere Eigenschaft macht ihn zu einem guten Energielieferanten. Aber die Flüchtigkeit macht die Speicherung schwierig. Schnödes Backpulver könnten helfen ...

Forscher vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock (Likat) und Experten des Unternehmens „H2Apex“ entwickelten ein homogenes Katalysatorsystem, mit dem sie Wasserstoff an Kaliumbicarbonat binden und so sicher und stabil chemisch speichern können. Bikarbonate sind Salze der Kohlensäure, die landläufig als Backpulver oder Natron bekannt sind (auch Natriumbicarbonat wird als solches verwendet). Mit Bikarbonat reagiert der Wasserstoff im beschriebenen System in Gegenwart eines Ruthenium-Katalysators zu Formiat, einem ebenfalls harmlosen Salz der Ameisensäure. Der Clou des Ganzen ist, dass der im Formiat gespeicherte Wasserstoff jederzeit wieder freigesetzt werden kann – und zwar mit demselben Katalysator im selben System. Die Reaktion ist also reversibel. Die Reaktion laufe bei 60 °C stabil ab. Je nachdem, mit welchem Druck man den Wasserstoff in das System gebe, werde das Gas entweder an das Bikarbonat zu Formiat gebunden oder die Reaktion kehrt sich um, wobei das Formiat den Wasserstoff wieder freigebe. Der Katalysator verbraucht sich auch dabei nicht, was ja eine Grundeigenschaft von Katalysatoren ist. Das Ganze soll technisch auch noch gut zu steuern sein, wie die Forscher sagen.

Formiate sind ungiftig und gut zu transportieren

Als Speichermedien für eine künftige Wasserstoffwirtschaft werden derzeit unter anderem Methanol, Ammoniak und Methan diskutiert. Doch Ameisensäuresalze sind im Vergleich dazu im Vorteil, was die Giftigkeit und den Energiebedarf angeht. Denn Formiat ließe sich gefahrlos in Kunststoffcontainern lagern und in Tanklastern transportieren. Zusammen mit dem Bikarbonat bildet das Formiat ein Energiesystem, das wie eine Batterie über Wasserstoff be- oder entladen wird. Ein solches System eignet sich tatsächlich vor allem im lokalen Bereich – etwa in ländlichen Gegenden. Dort kann Windkraft oder Solarenergie in Phasen, bei denen mehr Strom bereitgestellt als abgenommen wird, über die Elektrolyse grünen Wasserstoff produzieren, der dann wie beschrieben gespeichert werden kann. Für Kaliumbicarbonat hat man sich entschieden, weil es eine höhere Speicherfähigkeit für Wasserstoff hat als andere Bikarbonate, wie die Forscher anmerken.

Rund 50 Liter Wasserstoff in hoher Reinheit gewonnen

Der Prozess ist vor allem auch CO₂-neutral, wie die Forscher betonen. Üblicherweise wird bei der Rückgewinnung von Wasserstoff ein Teil des Bikarbonats zu Kohlendioxid zersetzt und freigegeben. Doch das in Rostock entwickelte System halte CO₂ dauerhaft fest. So kann aus diesem Speichersystem reiner Wasserstoff gewonnen werden, der direkt und ohne weiteren Reiningungsaufwand in einer Brennstoffzelle genutzt werden kann. Die Forscher berichten außerdem von 40 aufeinanderfolgenden Zyklen der Wasserstoffspeicherung und -abgabe über einen Zeitraum von sechs Monaten. Dabei spielte aber auch eine minimale Menge des Rutheniumkatalysators im ppm-Bereich (Parts per million) eine Rolle. Dabei produzierten die Chemiker mit ihrer Laboranlage 50 Liter Wasserstoff mit einer durchschnittlichen Reinheit von 99,5 Prozent.

Das Unternehmen „H2Apex“ verwendet nun unter anderem diese Ergebnisse, um einen größeren Demonstrator zu bauen, wozu der Industriepartner auch das Technikum des Instituts nutzt. Wenn alles wie geplant verlaufe, werde die entsprechende Anlage bis Ende 2025 kommerzialisiert sein. Das chemische Symbol für ein Wasserstoffatom H, bedeutet dann auch H wie Hoffnung für die Energiewende, schließen die Experten ihren Bericht. (Der Bericht wurde in der jüngsten Ausgabe von Nature Communication erstmals veröffentlicht).

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