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Wasser statt Wasserstoff im Tank?
Wasser statt Wasserstoff im Tank?
Stefan Reich
Billiger Treibstoff für Brennstoffzellen: Forscher haben
eine neue Methode entdeckt, um Wasserstoff auf simple Weise aus einer
Reaktion von Wasser mit Aluminium zu gewinnen. Das neue
Verfahren ist schneller und effektiver als die bisherige
Wasserstofferzeugung. Vor allem aber könnte es die Wasserstoffproduktion
mobil machen und direkt in die Brennstoffzelle integrieren. Dadurch
könnten beispielsweise Brennstoffzellenautos künftig einfach Wasser
tanken statt des Wasserstoffs.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft.
Als Treibstoff für Brennstoffzellen soll er auf klimafreundliche Weise
elektrische Energie liefern. Diese Technik ist nicht nur für Fahrzeuge
interessant: Es gibt bereits Prototypen für kleine Flugzeuge und beheizte Haushalte.
Doch Wasserstoff zu speichern ist wegen seiner geringen Dichte
aufwendig, die Herstellung ist langsam und ineffektiv und das
Elektrodenmaterial teuer. Mit neuen Elektroden kann das Gas zwar schon
mit einer einfachen 1,5 Volt-Batterie erzeugt werden, doch die Laufzeit der Elektrode ist begrenzt.
Ausgangsstoff Wasser
Forscher um Schuo Xu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften
haben nun eine Methode entwickelt, durch die Brennstoffzellen-Fahrzeuge
in Zukunft einfach Wasser statt Wasserstoff tanken könnten. Möglich
wird dies durch eine direkt der Brennstoffzelle vorgeschaltete
Wasserspaltung mithilfe aktiver Metalle. Dabei reagieren bestimmte
Metalllegierungen mit Wasser und Aluminium zu Wasserstoff. Bisher
allerdings kam diese Reaktion schnell wieder zum Erliegen, weil sich
eine Oxidschicht auf den Aluminium bildete.
Xu und sein Team haben nun neue Legierung entdeckt, die dieses
Problem löst. Basis des neuen Verfahren ist eine Legierung aus den
Metallen Gallium, Indium, Zinn und Wismut. Wenn die Metall-Legierung auf
eine in Salzwasser getauchte Aluminium-Platte trifft , entstehen
Aluminiumhydroxid und Wasserstoff. Dieser Wasserstoff kann dann in einer
Brennstoffzelle mit Protonenaustausch-Membran direkt in elektrische
Energie umgewandelt werden.
Wismut als Schlüsselkomponente
Entscheidend für die Effizienz der neuen Legierung ist nach Aussage
der Wissenschaftler das Wismut. Die wismuthaltige Legierung war in Tests
wesentlich effizienter als die, die nur aus Gallium, Indium und Zinn
bestanden. Die Legierung kann auch mehrmals wiederverwendet werden, was
den Prozess kostensparend und umweltschonend macht, wie Xu und sein Team
erklären.
In ersten Tests kombinierten die Forscher ihren Wasserstoffreaktor
mit einer kleinen Brennstoffzelle und versorgten diese so erfolgreich
mit Wasserstoffnachschub. 80 Milliliter Salzwasser und wenige Gramm
Legierung und Aluminiumm reichten dabei aus, um die Brennstoffzelle für
mehr als eine Stunde mit Wasserstoff zu versorgen – und eine LED zum
Leuchten zu bringen.
Umweltfreundlich und effizient
„Diese Reaktion erbringt alle Voraussetzungen, um Brennstoffzellen
mit Wasserstoff zu versorgen, darunter vor allem Stabilitität, eine hohe
Reinheit und eine hohe Effizienz“, berichten die Forscher. Das neue
Verfahren sei außerdem wesentlich effizienter als bisherige Methoden und
liefere Wasserstoffproduktionsraten von bis zu 92 Prozent.
Eingesetzt werden könnte die Technik künftig vor allem in kompakten
und tragbaren Brennstoffzellen, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen
eingesetzt werden. Doch die Methode ist laut Liu noch nicht
hundertprozentig ausgereift. „Es gibt verschiedene Probleme bei den
bestehenden Methoden zur Trennung der Chemikalien nach der Reaktion“,
sagte Liu. „Eine saure oder alkalische Lösung kann das Nebenprodukt
Aluminiumhydroxid auflösen, verursacht aber auch Probleme durch
Korrosion und Verunreinigungen.“
Sobald diese Schwierigkeiten jedoch gelöst sind, könnte die
Technologie für Anwendungen in Verkehrsmitteln bis hin zu tragbaren
Geräten eingesetzt werden. (Journal of Renewable and Sustainable Energy ,
2020; doi: 10.1063/1.512437)
Quelle: American Institute of Physics
3. Februar 2020
- Stefan Reich
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