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Energiespeicher der Zukunft
Er kommt in schier unerschöpflichen Mengen auf der Erde vor, lässt sich als Energiequelle nutzen und verbrennt dabei auch noch emissionsfrei – Wasserstoff gilt als einer der großen Hoffnungsträger einer klimaneutralen Energieversorgung der Zukunft. Der Haken an der Sache: – Für die Herstellung und für die Speicherung wird noch sehr viel Energie und Platz benötigt. Wie der Energieträger klimafreundlicher, günstiger und platzsparender gespeichert werden kann, erforschen Forscher*innen der Helmholtz-Klima-Initiative.
Eine saubere Energieversorgung ist ein zentrales Element auf dem Weg in eine klimaneutrale Gesellschaft. Wasserstoff könnte dabei eine entscheidende Rolle spielen. Er ist vielseitig einsetzbar, überall dort, wo viel Energie gebraucht wird, etwa in der Stahlindustrie, in Autos, der Raumfahrt oder zum Heizen. Denn er kann sehr viel Energie speichern, deutlich mehr als fossile Brennstoffe. Ein Kilogramm Wasserstoff liefert in etwa so viel Energie wie 2,8 Kilogramm Benzin. Vor allem aber verbrennt Wasserstoff nahezu emissionsfrei.
Mit Strom aus Wind- und Solaranlagen lässt sich Wasserstoff weitestgehend klimaneutral herstellen. Aus diesem so genannten „grünen Wasserstoff“ wird bei Bedarf wieder Strom und Wärme.
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Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?
Mit Strom aus Solar- und Windanlagen kann Wasser in seine Einzelteile zerlegt werden: Wasserstoff und Sauerstoff. Dieses Verfahren heißt Elektrolyse.
Allerdings muss er dazu zur richtigen Zeit, am richtigen Ort zur Verfügung stehen. Die Speicherung von Wasserstoff ist also ein zentraler Aspekt einer sauberen Energieversorgung der Zukunft. Hierfür kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Die heute verbreitetste sind Druckgasspeicher, die Wasserstoff als Gas unter sehr hohem Druck in Tanks pressen. Außerdem gibt es Flüssig-Wasserstoffspeicher, die den mit großen Energieaufwand auf -253°C abgekühlten Wasserstoff als tiefkalte Flüssigkeit speichern.
Eine neue Speichertechnologie erforschen Wissenschaftler*innen am Helmholtz-Zentrum Hereon: „Wir erforschen und entwickeln Materialien, mit denen wir mehr Wasserstoff kostengünstiger sowie platz- und energiesparender speichern können“, sagt Lars Baetcke.
Im Fokus stehen dabei Metallhydride. Das sind Metalle in Pulverform, die Wasserstoff aufnehmen und abgeben können. Die Atome der Metalle sind gitterförmig angeordnet, in dieses Gitter kann sich der Wasserstoff durch eine chemische Reaktion einlagern. Hierbei wird Wärme frei, die später wieder gebraucht wird, um den Wasserstoff aus dem Atomgitter zu lösen.
Weiterführende Links
Helmholtz-Forschung zum Thema Wasserstoff
„Metallhydrid-Speicher kann man sich vorstellen, wie ein Schwamm der sich mit Wasser vollsaugt. Sie können Wasserstoff verlustfrei über lange Zeiträume speichern.“ Hierzu werden weder hohe Drücke wie bei der Hochdruckspeicherung noch tiefe Temperaturen wie bei der Flüssig-Wasserstoffspeicherung benötigt. „Dadurch haben wir ein Material, das unter wesentlich günstigeren Bedingungen - etwa bei Raumtemperaturen und bei mäßigen Drücken – Wasserstoff in großen Mengen sehr kompakt speichern kann“, sagt Baetcke.
Nationale Wasserstoffstrategie Deutschland
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie der Energiewende. Die Bundesregierung hat im letzten Jahr eine Strategie vorgestellt, mit der wichtige Branchen, wie die Stahl- und Chemieindustrie oder der Verkehrssektor kohlenstoffarm gestaltet werden können. Die Nationale Wasserstoffstrategie setzt auf grünen Wasserstoff in diesen Bereichen, um bis 2050 Treibhausgasneutral zu sein. Dafür sollen die Voraussetzungen für die inländische Produktion geschaffen und erneuerbare Energien ausgebaut werden.
Das eingesetzte Metallhydrid kann den Raumbedarf für den Wasserstoffspeicher auf weniger als die Hälfte verringern. Darüber hinaus könnten solche Tanks in beliebigen Formen gefertigt werden, um bestehende Bauräume besser auszunutzen, als das mit zylindrischen Tanks möglich wäre.
Die Wissenschaftler*innen des Hereon entwickeln im EU-Projekt „HyCARE“ gemeinsam mit europäischen Partnern einen Tankprototyp, der auf kleinstem Raum dreieinhalb bis fünf Tonnen Metallpulver und damit mindestens 50 Kilogramm Wasserstoff aufnehmen kann. „Damit wird dieser Tank einer der größten Wasserstoffspeichertanks in ziviler Nutzung in Europa sein, der diese Technologie verwendet“, erklärt Baetcke. Er soll nur rund ein bis zwei Kubikmeter groß sein und könnte mit einem Druck von weniger als 50 bar beladen werden. „Damit ist er ideal, um große Mengen Wasserstoff auf minimalem Raum und vor allem sicher zu speichern – zum Beispiel als stationäre Wasserstoffspeicher für Industriebetriebe oder Wasserstofftankstellen.“
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