Erneuerbare Energien Ameisensäure wird zum Wasserstoffspender

Wenn Kohle, Gas und Öl verheizt sind, könnte die Energieversorgung stocken. Forscher setzen auf eine klimafreundliche Alternative: Wasserstoff. Sie haben eine günstige Methode entdeckt, das Gas zu gewinnen - und zu speichern.

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Energiequelle der Zukunft: Wasserstoff-Gewinnung aus Ameisensäure
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Energiequelle der Zukunft: Wasserstoff-Gewinnung aus Ameisensäure


Hamburg - Das häufigste und leichteste Element des Universums ist Wasserstoff - ein Gas, das Energie speichern und transportieren kann. Es ist farb- und geruchlos und verursacht keine giftigen Abgase. Deshalb träumen Ingenieure davon, mit Wasserstoff Häuser zu beheizen oder Autos anzutreiben - wenn es nur nicht so schwer zu lagern wäre. Denn das Gas ist leicht entflammbar und nimmt aufgrund seiner geringen Dichte viel Platz ein. Das erschwert das Speichern - das Manko war für einen der schlimmsten Luftfahrtunfälle der Geschichte verantwortlich: den Absturz der "Hindenburg". Der knapp 250 Meter lange Zeppelin wurde mit dem hochexplosiven Gas betrieben und ging 1937 in Flammen auf.

Um so etwas zu vermeiden, muss Wasserstoff sicher gelagert werden: entweder unter hohem Druck oder unter minus 250 Grad gekühlt, damit sich das Gas verflüssigt. Beide Methoden kosten viel Energie und sind nur in robusten Tanks möglich.

Doch nun konnte ein deutsch-schweizerisches Forscherteam um Matthias Beller vom Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse das aufwendige Speichern des Wasserstoffs umgehen: Dadurch, dass Wasserstoff aus flüssiger Ameisensäure herausgeholt wird, benötigt er wenig Platz und kann leicht gelagert werden, sogar in einem Gefäß aus Glas. Ein Katalysator, der im Wesentlichen aus Eisen besteht, kann mit geringem Energieaufwand große Mengen Wasserstoff aus Ameisensäure gewinnen, berichten die Forscher im Wissenschaftsjournal "Science".

Ganz neu ist der Ansatz der Forscher nicht: Ameisensäure wurde erstmals im 17. Jahrhundert aus roten Ameisen gewonnen und bereits vor etlichen Jahren als Wasserstoffquelle entdeckt. In einem Liter Ameisensäure befinden sich 53 Gramm Wasserstoff, das entspricht im gasförmigen Zustand einem Volumen von nahezu 600 Litern Wasserstoff.

Ameisensäure kommt im Abwehrsekret von mehreren Insekten und Brennnesseln vor, entsteht aber auch beim Herstellen von Essigsäure.

In der Vergangenheit hatten bereits verschiedene Chemiekonzerne versucht, durch die flüssige Säure an Wasserstoff zu kommen. Doch die Gewinnung gelang bisher lediglich mit teuren Katalysatoren, zum Beispiel mit dem Edelmetall Ruthenium, mit dem auch Beller und seine Kollegen bereits 2008 experimentiert hatten.

Eisenhaltiger Katalysator setzt Wasserstoff frei

Das neue Verfahren ist nicht nur günstiger, weil Eisen, das für den neuen Katalysator verwendet wird, als eines der häufigsten Elemente leicht verfügbar ist. Mit Hilfe des Eisens, an das sich phosphathaltige Moleküle heften, konnten die Forscher auch schon bei Raumtemperaturen Wasserstoff von der Ameisensäure abspalten. Und das effektiv: Da der eisenhaltige Katalysator eine lange Lebensdauer von fast 100.000 Zyklen hat, reichen geringe Mengen von ihm aus, um ausreichend Wasserstoff zu produzieren. Pro Stunde konnten die Forscher nahezu 9500 Zyklen beobachten, die größte Menge Wasserstoff erreichten die Forscher bei etwa 80 Grad Celsius.

Ein weiterer Vorteil des neuen Katalysators sei, dass er die ebenfalls mögliche Zerlegung der Ameisensäure in das giftige Kohlenmonoxid und Wasser nahezu vollständig vermeide, schreiben die Forscher.

Zum Energiewunder wird Wasserstoff aber erst durch Brennstoffzellen: An ihren Membranen reagiert er mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasser und gibt die gespeicherte Energie als Strom frei. Es entstehen keine giftigen Abgase, sondern nur reiner Wasserdampf.

Doch ein Problem hat das Verfahren noch: Beim Zersetzen von Ameisensäure mit Hilfe des Katalysators wird auch Kohlendioxid frei. Um das Klima nicht einer weiteren Kohlendioxidquelle auszusetzen und dadurch Brennstoffzellen zu schädigen, müssen die Forscher Wege finden, um das Gas wieder einzufangen. Laut Beller könne man das Kohlendioxid in Salzen binden und für die Neubildung von Ameisensäure verwenden.

Sollte dies gelingen, könnte reiner Wasserstoff der klimafreundliche Energieträger der Zukunft werden - vorausgesetzt der Wasserstoff dient als Zwischenspeicher für Sonnen-, Wind- oder Wasserenergie und nicht wie bisher üblich für Kohle- oder Ölenergie. "Angesichts begrenzter natürlicher Ressourcen ist ein Wechsel der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien unumgänglich", betonte Ralf Ludwig, Chemiker an der Universität Rostock.

Vielleicht könnten Autos irgendwann mit flüssiger Ameisensäure statt Benzin betankt werden. Die Rostocker Forscher können sich vorstellen, dass erst einmal tragbare elektrische Geräte wie Laptops von der Methode profitieren.

Mit Material von dpa



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