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Tanken von Wasserstoff statt Benzin als Energieträger


Neue Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff entdeckt

Neue Chancen für Wasserstoff als Treibstoff?

22.01.2007 - Der Konstanzer Physiker Prof. Dr. Gerd Ganteför hat gemeinsam mit den Kollegen Prof. Dr. Kit H. Bowen von der Johns - Hopkins University, Baltimore, USA, Prof. Dr. P. Jena, Virginia Commenwealth University, Richmond, USA und Prof. Dr. H. Schnöckel, von der Universität Karlsruhe neue Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff entdeckt. Diese neue Klasse von Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff könnten neue Perspektiven für das große Zukunftsthema "Wasserstoff als Energieträger" eröffnen. Vielleicht sind sie sogar ein wichtiger Baustein bei der Lösung des Problems der kostengünstigen und ungefährlichen Speicherung von Wasserstoff. Ein Bericht über die Forschungsergebnisse ist im renommierten Forschungsmagazin SCIENCE erschienen.

"Einmal voll tanken bitte!" Die Tankuhr läuft, Benzin oder Diesel fließen in den Tank und so manch einer überlegt sich: Warum statt Benzin oder Diesel nicht auch ein anderer Treibstoff? Immer wieder ins Gespräch kommt in diesem Zusammenhang Wasserstoff. Dieses chemische Element ist das häufigste chemische Element des Universums. Wasserstoff ist Bestandteil des Wassers und kommt in den meisten organischen Verbindungen vor.

Wasserstoff als Energieträger der Zukunft? Die Antwort ist ein eindeutiges "Ja!", weil er als Treibstoff eine saubere Sache ist. Bei der Verbrennung entsteht lediglich Wasser. Allerdings hat Wasserstoff als Treibstoff auch seine Tücken, denn er ist ein hochentzündliches Gas. Die Anforderungen in punkto Speicherung sind hoch. Es gibt zwei Arten der konventionellen Wasserstoffspeicherung: einmal unter hohem Druck als Gas ähnlich wie Luft in einem Autoreifen. Dies geschieht ohne Kühlung oder Erhitzung. Bei der anderen Art der Speicherung wird der Wasserstoff so extrem stark abgekühlt (minus 200 Celsium), dass er sich verflüssigt. Dann ist er ohne Druck speicherbar. Allerdings muss man ihn extrem kalt halten, sonst verdampft er einfach.

Beim Thema Speicherung spielen auch Sicherheitsbedenken eine wichtige Rolle: Wird der Wasserstoff in Druckbehältern gespeichert, fährt ein hohes Sicherheitsrisiko mit. Bei einem Unfall von mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen können die Behälter leicht beschädigt werden und eventuell explodieren. Die Druckbehälter müssen also ausreichend gegen Beschädigungen gesichert werden. Das bedeutet: Zusätzliches Material und größeres Gewicht oder besondere Materialien, die leicht sind und gleichzeitig eine extrem hohe Stabilität haben.

Eine andere Möglichkeit ist die Speicherung des Gases in einem porösen Festkörper, der wie ein Schwamm Wasserstoff aufsaugt und in großen Mengen speichern kann, ohne dass das Gas unter Druck gesetzt werden muss. Das Material, das die Funktion des Schwamms hat, müsste den Wasserstoff wieder mühelos abgeben können - und zwar ohne dass man mit extrem hohen Temperaturen nachhilft.

Genau hier setzt der Konstanzer Physiker Prof. Dr. Gerd Ganteför mit seinem Kollegen an und erklärt: "Ein solcher Festkörper, der als Schwamm fungiert, existiert zwar in der Theorie, aber er konnte noch nicht im Labor hergestellt werden. Eine Möglichkeit zur Synthese bieten die Nanowissenschaften. Ein Festkörper, bestehend aus sehr kleinen Nanoteilchen - so genannten Clustern -, könnte die technische Lösung des Problems der Wasserstoffspeicherung in der Zukunft sein." Die Materialeigenschaften in der Nanowelt seien andere, so der Physiker, der Quanteneffekt verändere z.B. die chemischen Eigenschaften von Materialien.

Im Rahmen der intensiven Forschung an Clustern und deren Reaktion mit Wasserstoff wurden in Baltimore Cluster aus Aluminium und deren Reaktion mit Wasserstoff untersucht. Zur Synthese der Teilchen kam eine neue, in Konstanz gebaute Teilchenquelle während eines zweimonatigen Gastaufenthalts zum Einsatz. Mit dieser "kleinen Kanone", so der Wissenschaftler werde ein Teilchenstrahl erzeugt. "Damit sind wir in der Lage, die Reaktion zwischen Aluminium- und Wasserstoffteilchen erheblich zu intensivieren", so Ganteför.

Mit dieser neuen Erzeugungsmethode konnten neue Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff hergestellt werden, deren Existenz bisher nicht einmal theoretisch vermutet wurde. Es handelt sich um Verbindungen, die den seit langem bekannten Boranen ähnlich sind, Verbindungen aus Bor und Wasserstoff.
"Bis dahin dachte man, dass Aluminium, obwohl es chemisch dem Bor ähnelt, solche Verbindungen nicht eingeht", so Ganteför. Es stelle sich heraus, dass sie unter geeigneten Bedingungen, wie sie in der Konstanzer Clusterquelle herrschen, durchaus entstehen und dann stabil existieren.

Welche Möglichkeiten die neue Klasse von Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff eröffnen, kann nicht abgeschätzt werden. Ein neues breites Feld der Forschung und Entwicklung hat sich aufgetan und vielleicht sogar ergibt sich eine Lösung des Problems der kostengünstigen und ungefährlichen Speicherung des Energieträgers Wasserstoff. Der Traum vom unkomplizierten Volltanken mit Wasserstoff so wie wir es jetzt mit Benzin oder Diesel tun, wird noch lange nicht erfüllt sein, aber mit den Arbeiten der Grundlagenforschung der Physiker und Chemiker in Deutschland und in den USA kommen wir dem Traum Stück für Stück - oder besser gesagt: "Nanoteilchen für Nanoteilchen" - immer näher.

Quelle im Internet und weitere Informationen unter: www.uni-konstanz.de


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Sie haben eine Frage zum Thema "Tanken von Wasserstoff als Energieträger"? Sie würden gern mehr über die neuen Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff erfahren? Über einige Themen können wir auch nur berichten, doch einige Antworten auf häufig gestellte Fragen finden Sie unter dem Stichpunkt Glossar und einige weiterführende Erläuterungen unter Brennpunkte I und II. An der Erweiterung dieser Stichpunkte und Rubriken arbeiten wir.