Wasserstoff tanken wie Benzin

Eine Trägersubstanz soll die komplexen H2-Verbindungen einbinden und so simples Betanken von Autos mit H2 ermöglichen (Bild: Cella).

Wasserstoff wäre als Benzinersatz gut geeignet, aber eine kostengünstige Infrastruktur für seine Speicherung und die Betankung von Millionen von Fahrzeugen ist bisher nicht in Sicht. Das will ein britisches Unternehmen ändern.

von Robert Wouters und Dietmar Poll

LANDSBERG (ks). Die Vision und das Konzept zur einfachen Betankung von Fahrzeugen mit Wasserstoff wurden im staatlichen Rutherford Appleton Laboratory (RAL) bei Oxford entwickelt. Die Forscher haben ein Nanotechnologie nutzendes Verfahren zum Patent angemeldet, das Amminboran – ein Wasserstoffhydrid – chemisch in nanoskalige Polymerfasern einbindet. Die Fasern werden im Elektrospinnverfahren gewonnen, anschließend in Pellets von der Größe einiger Mikrometer zerlegt und dann die Hydride bei einer Temperatur von etwa 85°C chemisch daran gebunden. 2011 wurde die Cella Energy Ltd vom RAL für die kommerzielle Verwertung ausgegründet. Bob Austin, Managing Director Automotive, sagt: „Nach dem Abkühlen verhalten sich diese Pellets dann wie eine Flüssigkeit. Sie ist ungiftig, nicht aggressiv und kann bei Umgebungstemperatur gepumpt, in normalen Tanks gelagert und mit den gleichen Tankwagen wie denen für Benzin oder Diesel zu den Tankstellen gebracht werden.“ Von dort pumpt man sie in den Tank der Fahrzeuge. Vom Tank gelangen sie in eine Wärmezelle, die mit der Abwärme der Brennstoffzelle eine Temperatur von etwa 85°C bereitstellt. Der Wasserstoff verliert in diesem Temperaturbereich seine Bindung an die Pellets und strömt in einen Vorratsbehälter. Mit dieser Gasmenge lässt sich nun eine nachgeschaltete Brennstoffzelle oder ein Verbrennungsmotor starten und mit dem freigesetzten Wasserstoff betreiben. Zurück bleiben die wasserstofffreien Pellets, die in einem zweiten Tank gesammelt werden. Sie müssen bei der nächsten Tankfüllung abgepumpt, mit den Nachschub liefernden Tankwagen wieder in die Produktionsanlage zurückgebracht und erneut mit Wasserstoff angereichert werden. Austin dazu: „Wir nutzen für die Pellets die bestehende Infrastruktur für Benzin- oder Dieselkraftstoff, die dafür mit relativ geringem Aufwand zu modifizieren ist.“ Der Wasserstoff muss so nicht mehr in Hochdrucktanks oder extrem gekühlt gespeichert werden. Cella arbeitet auch an einer Modifikation herkömmlicher Fahrzeugtanks, in dem die Wasserstoff enthaltenden Pellets durch eine Membran von den ‚verbrauchten‘ Pellets getrennt werden.

Das hört sich nun nach einem Durchbruch an, mit dem viele Probleme einer auf Wasserstoff basierenden Mobilität gelöst werden. Eine Einschätzung dazu gibt Karsten Müller vom Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik der Uni Erlangen ab: „Der Einsatz von Amminboran zur Wasserstoffspeicherung ist seit langem bekannt und wird von verschiedenen Arbeitsgruppen bearbeitet. Zwei entscheidende Nachteile von Amminboran haben seinen Durchbruch als Speichermedium aber bisher verhindert.“ Amminboran setzt Wasserstoff wie beschrieben ab einer Temperatur von etwa 85°C frei. Müller: „Ein Katalysator ist dafür nicht nötig, was zu einem Sicherheitsrisiko führt, da im Fall eines Brandes Wasserstoff unkontrolliert freigesetzt wird.“ Das ist ein Argument, aber auch Benzin ist bei einem Brand gefährlich. Gewichtiger erscheint der zweite Vorbehalt von Müller: „Die Regenerierung von Amminboran nach der Wasserstofffreisetzung ist sehr aufwändig und bisher kaum bezahlbar realisierbar.“

Das sieht man auch bei Cella Energy so. Deshalb arbeitet man schon an der Erprobung anderer Hydride, die zwar weniger Wasserstoff als Amminboran freisetzen, dafür aber extrem oft für die Wiederaufnahme von Wasserstoff geeignet seien. Cella Energy hat jetzt auf Basis des Amminborans einen Demonstrator entwickelt, der 5 kW leistet und skalierbar ausgelegt ist. Denn die Vision einfach tankbarer Wasserstoff-Pellets hat schon ein faszinierendes Potenzial. Das sieht auch Müller so: „Primärziel der Cella Energy ist sicher nicht die Verbesserung der Speicherung, sondern die Vereinfachung der Handhabbarkeit.“ Als Feststoff sind Hydride für viele Anwendungen schlecht handhabbar, ihre Einbettung in eine Art Flüssigkeit wäre sicher ein deutlicher Vorzug. Doch Müller bleibt skeptisch: „Deren Fließeigenschaften dürften allerdings nicht mit Benzin vergleichbar sein, denn die Pellets weisen eine deutlich höhere Viskosität auf.“ Bei Cella Energy ist man dennoch optimistisch, mit der Einbindung von Hydriden in Pellets einen gangbaren Weg für die großtechnische Speicherung von Wasserstoff gefunden zu haben.

Produktion Nr. 10, 2013