Bei Preisen um 1,70 Euro pro Liter Treibstoff und den hohen Preisen für Heizöl sehnt sich so mancher Autofahrer, Hausbesitzer oder Mieter nach günstigen Alternativen. So viel ist sicher: Benzin und Heizöl werden zukünftig nicht billiger — auch weil unsere Erdölreserven knapper werden. Wissenschaft und Industrie setzen als eine mögliche alternative Energiequelle auf eine Kombination aus Wasserstoff und Brennstoffzelle. Wasserstoff lässt sich, unabhängig vom Öl, durch Solarenergie, Wind- oder Wasserkraft gewinnen und in der Brennstoffzelle in Strom und Wärme umwandeln.
Damit könnten Elektrofahrzeuge, mobile Geräte wie Smartphones oder auch stationäre Generatoren für Telekommunikationsstationen oder Wohnhäuser mit Strom versorgt werden. Vorraussetzung ist, der Wasserstoff wird in kompakter Form und sicher, also alltagstauglich, zur Verfügung gestellt: Der Speicher sollte möglichst klein sein und unter gemäßigten Temperaturen und Druckverhältnissen Wasserstoff aufnehmen und an die Brennstoffzelle abgeben.
Die Werkstoffforscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht erforschen seit längerem die Speicherung in festen Materialien, den so genannten Metallhydriden. Das Ziel des neuen Forschungsprojektes ist es, innovative Speicher-Materialien auf Basis von Borhydriden zu entwickeln. Diese Verbindungen aus Wasserstoff und Bor werden als Pulver in den Tank gefüllt.
„Borhydride haben die höchsten Wasserstoffkapazitäten aller bekannten Metallhydrid-Speichermaterialien“, erklärt Werkstoffforscher und Projektkoordinator Dr. Klaus Taube vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht. „In einem Behälter von 50 Litern, was dem Tank eines Mittelklassewagens entspricht, ließen sich mit den neuartigen Materialien rund fünf Kilogramm Wasserstoff speichern. Dies würde für circa 400 bis 500 Kilometer Reichweite ausreichen. Und das bei von der Industrie zukünftig angestrebten Herstellungskosten der Wasserstoff-Tankfüllung von rund zehn Euro.“
Das Entwicklungsziel: Bor im Tank
Im jetzt gestarteten Projekt Bor4Store soll ein erster Tank-Prototyp entwickelt werden, der Energie für eine Brennstoffzelle (SOFC = Festoxidbrennstoffzelle) liefert und so ein Modell für die elektrische Versorgung in stationären Anwendungen darstellt. Die geplanten Untersuchungen befassen sich mit verschiedenen Arten der Borhydride sowie grundlegender Charakterisierung der komplexen Reaktionen, die während der Wasserstoff-Be- und Entladung im Tank ablaufen. Basierend auf diesem Wissen werden bestimmte Katalysatoren beigemischt und erforscht, um möglichst schnelle Reaktionen und eine hohe Stabilität der Speichereigenschaften über viele Be- und Entladezyklen des Tanks zu erreichen.
Im HyTech-Labor des Helmholtz-Zentrums werden die Materialeigenschaften optimiert und ein geeigneter Tankbehälter gebaut und getestet. Im weiteren Projektverlauf wird das Zusammenwirken mit der Festoxidbrennstoffzelle beim Industriepartner verbessert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung wirtschaftlicher Wege für die Herstellung der Speichermaterialien. Denn nur wenn Wasserstofftanksysteme insgesamt günstiger werden, werden Strom und Wärme im Haus der Zukunft aus Wasserstoff erzeugt - und dann macht der Blick auf die Tankrechnung wieder Spaß.
Multinationales Projekt
Neben der Abteilung „Nanotechnologie“ im Institut für Werkstoffforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht arbeiten Wissenschaftler aus Norwegen, Dänemark, Schweiz, Italien, Griechenland, sowie zwei mittelständische Unternehmen aus Deutschland und der Tschechischen Republik, und ein großes Unternehmen aus Spanien im Projekt zusammen. Die Wissenschaftler, die ihr Projekt Bor4Store genannt haben, trafen sich zu einem ersten Auftaktworkshop vom 23. bis 25. April 2012 in Geesthacht.
Das Gesamtbudget des Helmholtz-Zentrums Geesthacht in diesem Projekt, das von der FCH JU mit 2.27 Millionen Euro unterstützt wird, summiert sich auf 330.000 Euro.
