Helmholtz-Zentrum Geesthacht Fortschritt bei der Wasserstoffspeicherung

Dr. Claudio Pistidda an einem Diffraktometer zur Prüfung von neuen Wasserstofftanks.
Dr. Claudio Pistidda an einem Diffraktometer zur Prüfung von neuen Wasserstofftanks.

Wasserstoff könnte der Energiespeicher der Zukunft sein, wären da nicht zwei große Probleme. Als Gas braucht es viel Platz und es ist hochexplosiv. Die Lösung wäre eine Kombination mit einem Feststoffspeicher, doch das ist extrem schwierig – bis jetzt.

Wasserstoff kann ein klima- und umweltfreundlicher Energieträger sein, wenn er mit Hilfe von Wind- oder Solarenergie erzeugt wird. Anders als bei herkömmlichen Kraftstoffen werden bei seiner späteren Verwendung weder schädliches Kohlendioxid noch Rußpartikel freigesetzt.

Für den mobilen Einsatz wird Wasserstoff derzeit meist in Druckgasbehältern gespeichert, die ein relativ großes Volumen aufweisen und den entsprechenden Platz in den Fahrzeugen einnehmen. Zum Laden werden zudem hohe Drücke von bis zu 900 bar benötigt. Um diesen Belastungen standhalten zu können, müssen spezielle Behälter aus hochwertigen, nicht recycelbaren faserverstärkten Polymerwerkstoffen verwendet werden.

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht arbeiten seit Ende der 1990er Jahre an der Entwicklung sogenannter Feststoffspeicher. »Wir untersuchen seit vielen Jahren die Möglichkeit, komplexe Leichtmetall-Hydride als Speichermedien zu nutzen«, erklärt Dr. Claudio Pistidda, Materialforscher am Helmholtz-Zentrum. Diese Systeme können mehr Wasserstoff auf weniger Raum speichern als Hochdrucktanks.

Feststoffspeicher verlieren an Kapazität

Doch bei allen bisherigen Materialkombinationen verringerte sich nach jedem Laden die Speicherkapazität. Ein ähnliches Problem ist bei wieder aufladbaren Batterien bekannt: sie verlieren mit steigender Zyklenzahl kontinuierlich ihre Kapazität durch mechanische Spannungen und unerwünschte Reaktionen an den Elektroden, und haben daher eine begrenzte Lebensdauer.

Nach vielen Jahren wurde jetzt in Geesthacht ein System entwickelt, das diese Probleme möglichweise lösen kann. Zum ersten Mal konnten Pistidda und seine Kollegen im Labor nachweisen, dass Calciumborhydrid unter Zugabe von Magnesium-Nickel-Hydrid den aufgenommenen Wasserstoff nicht nur freisetzen kann, sondern dass das System während der Wiederbeladung mit Wasserstoff auch in seine ursprüngliche chemische Struktur zurückkehrt. Der entdeckte Reaktionsweg vermeidet außerdem unerwünschte Seitenreaktionen, die ansonsten eine Wiederbeladung mit Wasserstoff behindern

»Damit haben wir einen echten Durchbruch auf dem Weg zur Entwicklung neuartiger Wasserstoffspeichermaterialien für mobile und stationäre Anwendungen erreicht«, freut sich Dr. Claudio Pistidda.

Die  Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift »Journal of Material Chemistry«.