Wasserstoff bei niedrigem Druck speichern

20.10.2004

Ein Stoff mit besonders winzigen Poren bindet die Wasserstoffmoleküle stärker als Aktivkohle

Dem technischen Routineeinsatz des leicht flüchtigen Wasserstoffs als Energiespeicher stehen mangelhafte Speicherverfahren entgegen. Flüssiger Wasserstoff hat eine besonders hohe Energiedichte, aber zum Verflüssigen ist wiederum Energie nötig. Ein Ausweg ist die Adsorption, also die physikalische Bindung molekularen Wasserstoffs an eine Oberfläche, etwa an Aktivkohle, dieses Material hat jedoch nur ein recht kleines Fassungsvermögen von deutlich unter 1 Gewichtsprozent Wasserstoff. Ein Speichermaterial mit besonders winzigen Poren könnte die Moleküle stärker binden und somit Abhilfe schaffen.

Chemiker der Universität von Newcastle upon Tyne haben einen organischen Stoff mit winzigen Poren hergestellt, der sich unter hohem Druck mit Wasserstoff füllen lässt, diesen aber unter niedrigem Druck speichert. Das berichten sie in der Online-Ausgabe der Zeitschrift Science am 14.Oktober 2004.

Was adsorbiert ist, soll nicht sofort wieder desorbieren. Ein metall-organischer Stoff (blau und rot) mit winzigen Poren (grün) wirkt gewissermaßen als Druckwandler

Normalerweise ist die Adsorption und die Desorption molekularen Wasserstoffs in porösen Stoffen wie Aktivkohle reversibel, zudem sind die den Wasserstoff an die Oberfläche bindenden van der Waals Kräfte recht schwach. Durch einen Trick, mit geeigneten winzigen Poren, lässt sich die Reversibilität umgehen, also die sofortige Desorption verhindern. Die Füllung mit Wasserstoff macht damit immerhin rund 1 Gewichtsprozent des Speichermaterials aus. Für den praktischen Einsatz als Energiespeicher wäre allerdings mindestens ein fünffach höherer Gewichtsanteil wünschenswert.

Eine amerikanische Arbeitsgruppe an der School of Mines im Bundesstaat Colorado hält es für möglich, künftig 4 Gewichtsprozente Wasserstoff in ihrem Speicher einzulagern. Cluster aus Wasserstoffmolekülen lassen sich bei niedrigem Druck in einem Stoff mit Hohlräumen, sogenanntes Clathrat-Hydrat, speichern. Das überprüften die Forscher mit Ramanspektroskopie und magnetischer Kernresonanz.

Dampfdruckkurve des in Form von Clustern eingelagerten Wasserstoffs

Indem sie eine zweite Substanz namens Tetrahydrofuran einlagerten, senkten sie den Druck des Wasserstoffs bei einer Temperatur von 280 Kelvin von 300 auf 5 Megapascal, ein Megapascal ist gleich dem Zehnfachen des Atmosphärendrucks. Ihr Bericht erschien am 15. Oktober 2004 in der Zeitschrift Science auf Seite 469 in Band 306.

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