Wasserstoff ohne Druck und tiefe Temperaturen speichern

Man kann sagen was man will, Wasserstoff ist gefährlich. Der Grund für das bisherige Schattendasein von Wasserstoffantrieben ist die schwierige Handhabung des hochentzündlichen Gases. Bisher wurden vor allem zwei Speichermethoden eingesetzt: Entweder musste der Wasserstoff in speziellen Druckbehältern mit mehr als 600 bar komprimiert werden oder in flüssiger Form in vakuumisolierten Behältern auf unter -200 °C herunter gekühlt werden. Wird die Temperatur nicht gehalten, beispielsweise wenn das Fahrzeug einige Stunden oder gar Tage steht, verflüchtigt sich der Treibstoff.

Beide Methoden scheinen wenig zukunftsträchtig. Davon abgesehen, würde bereits die Installation einer einzigen Zapfsäule an einer Tankstelle nach Schätzung des Unternehmens Linde mehr als eine Million Euro kosten. Eine dritte Möglichkeit, die allerdings wegen des hohen Gewichts in der Fahrzeugtechnik nicht zum Einsatz kommt, ist die Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydriden oder in Kohlenstoff-Nanoröhren.

Bei einem neuen Ansatz wird Amminboran-Polymer-Komposit in Form von kleinen, leichten und vor allem recycelbaren Kügelchen als Trägermittel genutzt.

Einfach und – wenn im großen Maßstab produziert – bezahlbar präsentiert sich hingegen die Verbindung von Wasserstoff mit Enhanced Ammonia Borane (EAB) als Trägermittel. Die leichten, recycelbaren Polymerkügelchen, in denen das chemische Hybrid gebunden ist, verhalten sich aufgrund ihrer geringen Größe wie eine Flüssigkeit und halten den Wasserstoff ohne Druck oder Tiefenkühlung fest, bis er mittels Wärme direkt vor der Anwendung im Fahrzeug freigesetzt wird – ein völlig neuer Ansatz, den sich die verantwortlichen Wissenschaftler der Oxford University sowie des Rutherford Appleton Laboratory mit Unterstützung des University College London nach Jahren der Forschung und Entwicklung 2011 patentieren ließen.

Neben der Hauptniederlassung des Spin-Out in der Nähe von Oxford, gibt es auch eine US-Niederlassung des zur Weiterentwicklung und Vermarktung der Technologie gegründeten Unternehmens Cella Energy. Dieses arbeitet eng mit der NASA zusammen und beschäftigt eigene Wissenschaftler am Kennedy Space Center in Florida.

Cella Energy teilt die möglichen Anwendungen in drei Kategorien ein: Die erste ist im Bereich bis 6 kW angesiedelt und erlaubt es, etwa Batterien zu ersetzen. In Kombination mit einer kleinen Brennstoffzelle ließe sich bei einem gegebenen Gewicht dreimal mehr Energie speichern als mit herkömmlichen Systemen. Dementsprechend könnte so die Leistung mobiler Applikationen um das Dreifache gesteigert werden. Zu der Kategorie der kleinen Anwendungen gehört auch eine Stromversorgung für unbemannte Flugzeugsysteme. Diese werden bisher typischerweise mit Lithium-Ionen-Batterien angetrieben, deren Reichweite jedoch stark begrenzt ist.

In der Kategorie bis 20 kW entwickelt Cella Energy zusammen mit Automobil- und Flugzeugherstellern zylindrische Behälter, die mit dem EAB-Komposit befüllt werden können. Diese lassen sich entweder einzeln erhitzen oder nacheinander in eine Heißzelle transportieren, wo der Wasserstoff freigesetzt wird. In Verbindung mit einer Brennstoffzelle kann das System elektrischen Strom liefern, oder der Wasserstoff kann über den Ansaugkrümmer als Zusatz dem Dieselkraftstoff für Busse und Lkw beigemischt werden. Somit lassen sich die umweltschädlichen Emissionen reduzieren, was insbesondere im Innenstadtbereich großer Städte relevant ist.

Im großen Maßstab, das heißt bei mehr als 20 kW, ist die Technik auch für Gabelstabler und Flurförderzeuge sowie Null-Emissions-Fahrzeuge für den Straßenverkehr denkbar. Das Tanken würde ähnlich funktionieren wie heute, nur dass die im System verbliebenen Trägermittel-Kügelchen über eine zweirohrige Zapfsäule parallel zum nächsten Tankvorgang herausgesaugt und später wieder aufbereitet werden.

Da die Zuverlässigkeit und Lebenserwartung von Brennstoffzellen noch nicht ausgereift ist, sind die damit ausgestatteten Autos bisher deutlich teurer als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Wenn die neue Technik jedoch in die Massenproduktion gehen sollte, rechnen die Erfinder mit einer Preisgleichheit zwischen diesel- und wasserstoffbetriebenen Fahrzeugmodellen sowie den Kraftstoffen selbst. Auch die Umrüstung der Tankstellen bliebe bezahlbar, mitentscheidend für die internationale Akzeptanz.

• Wasserstoff als Treibstoff war bisher schwierig zu handhaben: Entweder musste er in speziellen Druckbehältern mit mehr als 600 bar komprimiert werden – was ein hohes Sicherheitsrisiko bedeutet – oder in flüssiger Form in vakuumisolierten Behältern auf unter minus 200 °C herunter gekühlt werden.
• Ein radikal anderes Wasserstoff-Speichersystem, umgeht die Nachteile der bisher verfolgten Ansätze. Dabei wird Amminboran-Polymer-Komposit in Form von kleinen, leichten und vor allem recycelbaren Kügelchen als Trägermittel genutzt, aus denen sich der Wasserstoff erst bei einer Erwärmung auf 100 °C löst.
• Das mit der Weiterentwicklung und Vermarktung der Technologie betraute Unternehmen Cella Energy unterscheidet drei mögliche Anwendungen: Im Bereich bis 6 kW ermöglicht die Innovation, Batterien zu ersetzen. In Kombination mit einer kleinen Brennstoffzelle ließe sich bei einem gegebenen Gewicht dreimal mehr Energie speichern als mit herkömmlichen Systemen. Im Bereich bis 20 kW entwickelt Cella Energy zusammen mit Automobil- und Flugzeugherstellern zylindrische Behälter, die mit dem EAB-Komposit befüllt werden können.