Umwandlung in Ammoniak 15.03.2024, 07:00 Uhr

Wasserstoff speichern – Neuer Katalysator beschleunigt die Freisetzung

Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel wollen Wasserstoff-Importe über den Umweg von Ammoniak fördern. Dafür haben sie gemeinsam mit Partnern einen Katalysator entwickelt, der die spätere Freisetzung des Wasserstoffs erleichtert. Die dafür nötigen Materialien sind gut verfügbar.

Tankschiff

Über den Umweg Ammoniak kann Wasserstoff mit Schiffen über weite Strecken transportiert werden.

Foto:  panthermedia.net/KadnikovValerii

Wasserstoff gilt als eine wichtige Säule für die Energiewende. Er lässt sich beispielsweise durch den Einsatz von Solarenergie oder Windkraft produzieren, weswegen er eine gute Speichermöglichkeit für erneuerbare Energien darstellt. Für einen Transport über lange Strecken muss Wasserstoff allerdings entweder verflüssigt oder in ein anderes Trägermedium umgewandelt werden – zum Beispiel in Ammoniak. Ein Forschungsteam des Instituts für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat zusammen mit Kooperationspartnern einen Katalysator entwickelt, der Wasserstoff günstiger und leichter wieder aus Ammoniak freisetzt.

Ammoniak als ideales Trägermaterial für Wasserstoff

Auch wenn der Ausbau an erneuerbaren Energien vorangeht, sind die Ressourcen in Deutschland begrenzt, beziehungsweise stehen der Nutzung der Flächen für Solarenergie und Windkraft viele Interessen anderer Bereiche entgegen, etwa der Landwirtschaft und des Umweltschutzes. Wenn Wasserstoff eine tragende Rolle für die Energiewende spielen soll, wird es, Stand jetzt, daher nur mit Importen funktionieren. Ausreichende Mengen könnten beispielsweise aus Südamerika oder Australien kommen. Der Transport könnte voraussichtlich über Schiffe erfolgen. Außerdem wäre es sinnvoll, den Wasserstoff in einen anderen Energieträger umzuwandeln.

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Ammoniak ist eine gängige Lösung, da zum einen weniger Aufwand nötig ist, um ihn zu verflüssigen. Zum anderen ist im Vergleich zu Wasserstoff seine volumetrische Energiedichte höher. Anders gesagt: Mit ihm lässt sich mehr Energie auf weniger Raum transportieren. Hinzu kommt, dass es weltweit bereits eine etablierte Infrastruktur für den Ammoniak-Transport gibt. Allerdings muss der Wasserstoff, um als Energieträger zur Verfügung zu stehen, am Bestimmungsort wieder freigesetzt werden. Genau dafür gibt es jetzt eine neue Lösung, die im Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entstanden ist.

Acht Institutionen arbeiten am Wasserstoff-Transport

„Die Speicherung von Energie in Form von chemischen Verbindungen wie Wasserstoff hat viele Vorteile. Die Energiedichte ist hoch und auch die chemische Industrie benötigt Wasserstoff für viele Prozesse“, sagt Malte Behrens, Professor für Anorganische Chemie an der CAU. „Ammoniak lässt sich außerdem zum Transportieren einfach verflüssigen. Es wird heute schon im Megatonnenmaßstab hergestellt, weltweit verschifft und gehandelt und ist daher für uns interessant“, ergänzt der Chemiker Shilong Chen, Leiter des Kieler Teilprojekts im TransHyDE-Projekt AmmoRef.

AmmoRef ist eins von zehn TransHyDE-Projekten, die vom BMBF gefördert werden. Insgesamt acht Institutionen sind daran beteiligt. Sie verbessern verschiedene Technologien, die für den Wasserstofftransport benötigt werden. Die Ergebnisse fließen in Handlungsempfehlungen für die nationale Wasserstoff-Infrastruktur ein.

Katalysator ist günstig und effektiv

„Ein Katalysator hat die Aufgabe, eine chemische Reaktion zu beschleunigen und ist damit direkt für die Effizienz von Stoff- und Energiewandlungen verantwortlich“, erklärt Behrens. Die Umwandlungsverluste nehmen also ab, je effizienter ein Katalysator arbeitet. Dementsprechend wichtig ist er für die Wasserstoff-Freisetzung.

Die Forschungsgruppe hat einen neuen Katalysator-Typ vorgestellt, der im Wesentlichen aus zwei verhältnismäßig günstigen Materialien besteht, nämlich aus Eisen und Cobalt. Außerdem ist es den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen gelungen, einen besonderen Herstellungsweg zu finden. Er führt zu einer hohen Metallbeladung des Katalysators – im Ergebnis bestehen bis zu 74 Prozent des Materials aus aktiven Metallpartikeln.

Diese kommen im Wechsel mit Trägerpartikeln vor, sodass dazwischen Hohlräume im nanoskaligen Bereich entstehen, vergleichbar mit einem porösen, metallischen Nano-Schwamm. „Entscheidend ist außerdem die Kombination der beiden Metalle in einer gemeinsamen Legierung“, sagt Behrens. Denn erst durch die Kombination der Metalle entstünden hochaktive, bi-metallische Oberflächen mit den gesuchten Eigenschaften.

Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen wollen diese Ergebnisse jetzt zur Anwendung bringen und den Katalysator im größeren Umfang produzieren.

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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