Durchbruch Mobilität 22.10.2020, 14:37 Uhr

Wasserstoffauto: Forscher lösen altes Problem und setzen Meilenstein

Eine bahnbrechende Neuerung haben Forscher am Leibniz-Institut für Katalyse erreicht: Sie erzeugen Wasserstoff bei geringerer Hitze viel effizienter als zuvor. Das Konzept kann die Energiewende beschleunigen.

Wasserstoff Zapfsäule

Forschern ist ein Durchbruch beim Wasserstoff-Antrieb gelungen.

Foto: panthermedia.net/aaw

VW, Tesla und Audi konzipieren kontinuierlich neue Elektroautos. Wasserstoff bleibt als Antriebstechnik oft außen vor. Dabei stellt Wasserstoff-Mobilität eine Alternative zum herkömmlichen Verbrennungsmotor dar. Herausforderungen in der Umsetzung rentabler und vor allem sicherer Motoren auf Wasserstoffbasis hinderten die Autobauer bislang daran, einen wirklichen Durchbruch zu erzielen. Bis diese Forscher kamen: Am Leibniz-Institut für Katalyse (Likat) in Rostock wurde ein Meilenstein in der Umwandlung von Methanol in Wasserstoff erzielt.

Was war das bisherige Problem? Um Wasserstoff-Motoren sicher zu bauen, ist eine aufwendige Umwandlung von Methanol in Wasserstoff nötig. Das bremste die Antriebstechnik bislang aus. Forscher am Likat haben den Durchbruch geschafft und ebendiese Rückumwandlung deutlich effizienter gestaltet. Wasserstoff wird als Energiequelle also erheblich attraktiver. In der neuen Methode wird Methanol schon bei Temperaturen von unter 100 Grad Celsius in Wasserstoff umgewandelt. Dabei wird ein Katalysator auf Basis von Ruthenium eingesetzt.

++Lesen Sie auch: Wasserstoff: Was der Arbeitsmarkt der Zukunft wirklich hergibt++

Wasserstoff ist ein recht flüchtiger Stoff und lässt sich nicht gut transportieren. Daher muss es in Methanol umgewandelt werden. Doch so kann es von Fahrzeugen nicht verwendet werden. Ein Teufelskreis, denn das Methanol muss erneut in Wasserstoff zurückverwandelt werden, damit es als Kraftstoff nutzbar wird. Ein von Haus aus sehr aufwendiges Verfahren. Großer Druck und hohe Temperaturen werden benötigt – und das kostet sehr viel Energie. Diesen Teufelskreis konnten die Forscher nun durchbrechen.

Die aktuelle Methode nennt sich Kaskaden-Verfahren und ist gar nicht mal so neu. Bereits 2013 forschten Wissenschaftler an dieser Möglichkeit der effizienten Rückumwandlung. Doch erst jetzt wurde dabei Windkraft, Elektrolyse und CO2-basierte Methanolsynthese sowie die Rückverwandlung des Methanols in H2 direkt miteinander verbunden.

„Eine solche direkte Kopplung hat es bisher noch nicht gegeben“, sagt Projekt-Koordinator Henrik Junge, Themenleiter am Likat.

„Die bahnbrechende Neuerung ist quasi schon 2013 geschehen“, sagt Junge weiter.

Das aktuelle Forschungsteam hat die vorhanden Methode optimiert und einen zweiten Katalysator hinzugefügt, der die Weiterverarbeitung der beiden Zwischenprodukte Methansäure und Formaldehyd optimieren soll.

„Unsere Forscher haben sich gefragt, ob man das überhaupt koppeln kann und ob das so geht. Und ja, es hat geklappt, das ist der Kracher daran“, lässt Martha Höhne vom Likat gegenüber unserer Redaktion verlauten.

Mechanistische Untersuchungen finden im Labormaßstab statt; Wasserstofffreisetzung an immobilisierten Katalysator im Reaktor. Foto: LIKAT/Nordlicht

Mechanistische Untersuchungen finden im Labormaßstab statt; Wasserstofffreisetzung an immobilisierten Katalysator im Reaktor.

Foto: LIKAT/Nordlicht

Einen Testlauf konnten die Forscher bereits an der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen absolvieren. Eine angeschlossene Brennstoffzelle produzierte rund 500 Stunden lang eine kontinuierliche Leistung von 39 Watt. Das Ziel der Forscher: den Transport von Wasserstoff kostengünstiger und den Wasserstoff-Antrieb wirtschaftlicher gestalten.

Die Entwicklung eines Katalysator, der die Wasserstofffreisetzung bei milden Bedingungen ermöglicht, ist ein klarer Durchbruch. Wenn man Druck und Heizenergie einsparen kann, ist dies immer ein großer Sprung gen Wirtschaftlichkeit und Umsetzung in reale Anwendungen.

Die Forschung fokussierte sich zunächst um die Speicherung von Wasserstoff in Ameisensäure.

„Das nächste Projekt wäre dann jetzt die Anwendung in der Praxis“, erklärt Höhne.

Wann die Methode das Labor verlässt, ist noch nicht klar. Das Bundeswirtschaftsministerium investiert jedoch 1,8 Millionen Euro in die Forschungsarbeit, so dass mit einem zügigen Roll-Out gerechnet wird. Die katalytische Reaktion ist Herzstück des Projektes „Metha-Cycle“, eines vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Konzeptes zur Speicherung und Nutzung regenerativer Energien.

Eine der großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts ist es, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu überwinden. Das Ergebnis der Forscher am Likat trägt dazu bei.

Das Leibniz-Institut für Katalyse (Likat Rostock) ist eine Forschungseinrichtung der Leibniz-Gemeinschaft. Die Finanzierung wird paritätisch durch Bund und Länder getragen. Das Institut gehört zu den größten öffentlich geförderten Forschungsinstituten im Bereich der angewandten Katalyse in Europa.

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