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Flüssige H2-Träger: der Durchbruch für das Wasserstoffauto?

Geschrieben von cm. Veröffentlicht in Umwelt

Wasserstoff (H2) in einer ungefährlichen und einfach zu transportierenden Flüssigkeit speichern – das klingt nach Zukunftsmusik. Aktuelle Entwicklungen in der Chemie machen dies jedoch schon heute möglich. Wir erklären, wie diese Technologie funktioniert und was noch passieren muss, damit sie im Pkw zum Einsatz kommen kann.

Quelle: AUTOFAHRERSEITE.EUQuelle: AUTOFAHRERSEITE.EUAuf dem Papier gibt es zu fossilen Kraftstoffen viele Alternativen. In der Praxis stellt sich jedoch immer wieder heraus, dass die Umsetzung der entsprechenden Technologien im Auto jeweils ihre ganz eigenen Hürden mitbringt. In diesem Zusammenhang fallen vielen sicherlich die Lithium-Ionen-Batterien im Elektrofahrzeug ein, manchen vielleicht noch der Hochdruck-Tank, in dem mit über 700bar der Wasserstoff für Brennstoffzellenautos gespeichert wird. Wissenschaftler an der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg wollen die letztgenannte Hürde nun umgehen, indem Sie den Wasserstoff in einem flüssigen Trägermedium speichern.

Wie das Ganze funktioniert

Die Idee, Wasserstoff in Form energiereicher chemischer Verbindungen zu speichern, ist nicht neu. Für die Wissenschaft ist dabei die Wahl eines geeigneten Trägestoffs besonders spannend. Dieser muss dazu in der Lage sein, im "entladenen" Zustand Wasserstoff aufzunehmen und im "beladenen" Zustand wieder abzugeben. Außerdem sollte der Stoff chemisch stabil und in der Handhabung sicher sein. Die Forscher aus Erlangen setzen daher auf die organische Verbindung Dibenzyltoluol. Dabei handelt es sich um eine ölige Flüssigkeit, die in ihren Eigenschaften dem Dieselkraftstoff ähnelt und die bisher vor allem als Wärmeträger eingesetzt wird.

In der Praxis würde das Dibenzyltoluol beispielsweise in einem Wind- oder Solarpark unter hohem Druck und Wärmeentwicklung an einem Katalysator mit, aus elektrischem Strom gewonnenem, Wasserstoff beladen. Anschließend müsste die beladene Flüssigkeit mit Zügen, Schiffen oder Lkw an ihren Einsatzort gebracht werden. Dort kann der gleiche Prozess rückwärts ablaufen, denn bei entsprechend hoher Wärme (ab ca. 300°C) und bei hohem Druck gibt der Stoff den zuvor gespeicherten Wasserstoff wieder ab. Anschließend kann dieser in einer Brennstoffzelle oder in einem Verbrennungsmotor in Energie umgewandelt werden, mit der sich beispielsweise ein Auto antreiben lässt.

Ist sämtlicher in der Flüssigkeit gespeicherter Wasserstoff verbraucht, muss das Auto an die Tankstelle, wo das entladene Dibenzyltoluol wieder durch die beladene Version ersetzt wird.

Was sind die Vor- und Nachteile dieser Speichermethode

Die Vorteile der Wasserstoffspeicherung in Form von flüssigen organischen Verbindungen liegen auf der Hand. Zum einen ließen sich große Teile der vorhandenen Infrastruktur aus der Mineralölindustrie weiterverwenden, was auch den Hochlauf der neuen Technologie beschleunigen könnte. Außerdem sind Dibenzyltoluol und dessen beladene Form deutlich einfacher und sicherer in der Lagerung und Handhabung als reiner Wasserstoff. Darüber hinaus ist die Energiedichte dieser flüssigen Wasserstoffspeicher (jedenfalls in der Theorie) deutlich höher als die einer Batterie.

Nachteile gibt es dagegen beispielsweise bei der erneuten Freisetzung des Wasserstoffs - in unserem Fall also im Auto. Zum einen sind hierzu derzeit verhältnismäßig große und schwere Geräte nötig, die noch nicht für den Einbau im Pkw geeignet sind. Außerdem wird für die Rückgewinnung von Wasserstoff aus beladenem Dibenzlytoluol eine Temperatur von etwa 300 Grad Celsius benötigt. Diese liegt deutlich über den Temperaturen, die in für den Fahrzeugantrieb nutzbaren Brennstoffzellen erreicht werden. Auf eine energieaufwendige Beheizung des Katalysatorsystems könnte nur verzichtet werden, wenn man im Auto statt auf die Brennstoffzelle auf Wasserstoff-Verbrennungsmotoren setzen würde. Diese sind zwar technisch umsetzbar und laut mehreren Fahrzeugherstellern (z.B. BMW, Mazda) praktisch serienreif, spielen unter den alternativen Antrieben für Wirtschaft und Politik aktuell jedoch so gut wie keine Rolle.

Wie könnte sich die Technologie langfristig trotzdem durchsetzen?

Die derzeitige Entwicklung bei der Verkehrs- und Energiewende zeigt deutlich, dass der Erfolg alternative Antriebe in hohem Maße von Subventionen abhängt. Gleiches gilt damit auch für die Nutzung organischer Wasserstoffträger. In diesem Zusammenhang ist die Wahl einer oder mehrerer Antriebstechnologien für die Zukunft auch eine politische Entscheidung. So lange hier die batteriebetriebenen Elektroautos im Fokus stehen, haben auch die flüssigen Wasserstoffträger einen schwierigen Stand.

Schützenhilfe könnte zudem weiterhin vonseiten der Wissenschaft kommen, denn sowohl im Bereich der Katalysatoren, als auch bei den potentiellen Wasserstoffträger wird aktuell eifrig geforscht. Es besteht also durchaus die Möglichkeit, dass beispielsweise die Rückgewinnung von Wasserstoff künftig bei niedrigeren Temperaturen möglich oder die Energieeffizienz des Gesamtsystems weiter verbessert werden könnte. Wann es so weit ist und ob die Technologie sich dann auch politisch durchsetzen wird, lässt sich heute schwer abschätzen.

Fazit

In der Forschung sorgen Physiker, Chemiker und Ingenieure dafür, dass das Rennen um die Antriebstechnologie der Zukunft weiter spannend bleibt. Demonstrationsanlagen zur Wasserstoffspeicherung in Dibenzyltoluol sind bereits im Einsatz. Ob die Technologie auch im Auto ankommen wird, lässt sich heute noch nicht abschätzen. Sie stellt jedoch eine interessante Alternative zur Energiespeicherung in Lithium-Ionen-Batterien sowie zur Verwendung von gasförmigem Wasserstoff dar.

Falls es nicht den Weg ins Auto finden sollte, könnte Dibenzyltoluol als Wasserstoffspeicher möglicherweise im Zugverkehr zum Einsatz kommen. Dort spielt die Größe der Anlage zur Wasserstoffrückgewinnung eine geringere Rolle; außerdem warten derzeit noch rund 40% des deutschen Schienennetzes auf die Elektrifizierung mit Oberleitungen und können daher bislang (fast) nur von Diesellokomotiven befahren werden.

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Quelle: AUTOFAHRERSEITE.EU


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