Auf der Suche nach alternativer, klimafreundlicher Antriebsenergie drückt das Fraunhofer IFAM gewissermaßen auf die Tube. Die Forscher aus Dresden haben eine Methode entwickelt, Wasserstoff (H2) in einer Paste zu binden – und sie so vielfältiger einsetzbar zu machen.
Bislang wurde Wasserstoff als Gas in Tanks gespeichert und anschließend in Autos gepumpt, wo er mit 700 Bar Druck komprimiert wird. Zum Vergleich: Der Druck in einem Autoreifen liegt bei 2,5 Bar. Für den Wasserstoff braucht es also extrem stabile Tanks.
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Mit der H2-Paste wird nun vieles einfacher. Der Trick der Experten: Sie nutzen Magnesium, um hier Wasserstoff anzudocken. Magnesium ist eines der häufigsten Elemente und ein leicht verfügbarer Rohstoff. Der Riesenvorteil der Powerpaste: Die Verbindung ist sehr stabil und kann daher jahrelang gelagert werden.

So funktioniert die Wasserstoff-Paste

Synthese

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Magnesium-Pulver wird in einem speziellen Rührreaktor aufbereitet. Der Wasserstoff steht bei der Synthese unter einem relativ geringen Druck von sechs Bar. Das bei der Hydrierung entstandene Magnesiumhydrid-Pulver wird mit weiteren Zutaten vermengt.

Nassvermahlung

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Um die Freisetzung des Wasserstoffs später gut steuern zu können, wird eine homogene Paste benötigt. Dafür wird das Magnesiumhydrid-Pulver in einer Rührwerkskugelmühle mit Carbonsäureester und geringen Mengen eines Metallsalzes vermahlen.

Abfüllung

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Die Powerpaste muss in luft- und feuchtigkeitsdichten Behältern gelagert werden. Zur Abfüllung wird eine automatische Dosier- und Abfülleinrichtung eingesetzt. So kann die Powerpaste mehrere Monate bis Jahre gelagert werden, ohne dass Wasserstoff verloren geht.

Hydrolyse

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Die Powerpaste erzeugt Wasserstoff beim Kontakt mit Wasser – man spricht von einer Hydrolyse-Reaktion. Die Energiedichte entspricht dabei ungefähr der zehnfachen Kapazität von Lithium- Ionen-Akkus. Den Strom erzeugt dann eine Brennstoffzelle.

Sind normale Wasserstofftankstellen mit ein bis zwei Millionen Euro sehr teuer, kann die Powerpaste viel preiswerter transportiert, gelagert und getankt werden. Unter anderem, weil sie im Gegensatz zu normalem Wasserstoff nicht explosiv ist. Mit der Powerpaste lässt sich Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck chemisch speichern und bedarfsgerecht wieder freisetzen.
Um ein Fahrzeug anzutreiben, kommt die Paste aus einer Kartusche, auch ein spezieller Autotank ist denkbar. Beim Fahren wird die Paste dann in der nötigen Menge aus der Kartusche gedrückt und Wasser dazugegeben. Erst durch die Mischung entsteht der gasförmige Wasserstoff.
Der Clou: Nur die Hälfte des benötigten Wasserstoffs stammt aus der Paste, die andere Hälfte liefert das Wasser, das aus einem Extratank kommt. Die Energiedichte der Paste ist so deutlich höher als bei einer gasförmigen Speicherung des Wasserstoffs. Selbst verglichen mit Batterien ist die Powerpaste rund zehnmal effektiver.
Toyota Mirai Wasserstoffanschluss
Wasserstoff im Gastank eines Autos: Rund 700 Bar beträgt der Druck beim Speichern von H2.

Konkret für die Anwendung als Autotreibstoff bedeutet das: Die Powerpaste ergibt eine ähnliche Reichweite wie die gleiche Menge Benzin. Die Powerpaste könnte nicht nur die Reichweite von E-Scootern und E-Autos verlängern. Auch Drohnen ließen sich damit antreiben – was eine Flugzeit von mehreren Stunden ermöglichen würde. Mit herkömmlichen Akkus ist bislang nach etwa 20 Minuten Schluss. Weiteres Anwendungsbeispiel: Die Paste könnte beim Camping für die nötige Energie für Kühlschrank, Heizung oder Kocher sorgen.
E-Roller in Berlin
Die Paste ließe sich in Scootern nutzen. Bei gasförmigem Wasserstoff wäre der Druckstoß viel zu hoch.

Bei aller Euphorie: Bisher ist nur eine Kleinstanlage zur Produktion der Paste in Braunschweig im Bau. Sie soll für Versuchsfahrzeuge und Forschungszwecke rund vier Tonnen im Jahr herstellen. Und da auch dieses Vorhaben unter Problemen bei der Rohstoffbeschaffung und -kosten leidet, verschiebt sich der Produktionsstart vermutlich auf Sommer 2023.
Die Powerpaste des Fraunhofer IFAM kann Wasserstoff speichern
Die Powerpaste des Fraunhofer IFAM kann Wasserstoff
speichern.

Wasserstoff als Energieträger ist zwar eine von vielen Lösungen, um dem Klimawandel zu begegnen, hat aber auch Nachteile: Zurzeit wird der größte Teil aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Möchte man Wasserstoff CO2-neutral erzeugen, muss man sehr viel Ökostrom für die Wasserelektrolyse bereitstellen. Das Zerlegen des Wassers in seine Bestandteile – es entsteht Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) – verschlingt viel Power, ist also schlecht für die Energiebilanz von Wasserstoff.  

Fazit

Aspekte, die bisher gegen Wasserstoff sprachen, zählen nicht für die Powerpaste: Transport, Lagerung und Tanken sind unproblematischer. Die Powerpaste ist damit ein Energieträger mit Potenzial. Jetzt braucht es nur noch mutige Investoren.