Eiskäfig und Plastiktank: Immer mehr Ideen zur Speicherung von Wasserstoff

Die Palette der Möglichkeiten, Wasserstoff zu lagern oder zu transportieren, wird immer breiter: Forscher aus Korea wollen das hochflüchtige Gas in Blöcken aus simplem Plastik speichern. Amerikanischen Wissenschaftlern ist es hingegen gelungen, Wasserstoff in Käfigen aus Eis dauerhaft „einzusperren“.

Unter allen Elementen bildet Wasserstoff die kleinsten Moleküle überhaupt. Wasserstoffmoleküle sind so klein, dass sie beispielsweise sogar die Metallwände eines Tanks durchdringen können. Die Folge ist ein geringer, aber stetiger Schwund – ein ernsthaftes Problem für die Lagerung des Gases. Forscher in aller Welt sind daher auf der Suche nach Speichertechniken, mit denen Wasserstoff verlustfrei gelagert oder transportiert werden kann.

Eine neue Idee stellten nun Physiker der Universität von Chicago vor: Den Wissenschaftlern um Ho-kwang Mao ist es gelungen, Wasserstoff in Käfige aus Eis zu „sperren“. Sie setzten dazu ein Gemisch aus Wasserstoff und Wasser dem enormen Druck von 2.000 Erdatmosphären aus und kühlten dieses auf minus 24 Grad Celsius ab. Dabei bildete sich ein solider Verbund aus geschlossenen Eiskristallen, die in ihrem Inneren zwei oder vier Wasserstoffmoleküle wie in einem Käfig „gefangen“ hielten.

Unter dem hohen Druck blieb der Eisblock bei Temperaturen von bis zu plus 7 Grad Celsius stabil. Bei Normaldruck waren Temperaturen von um die minus 200 Grad Celsius erforderlich, um das Material beisammen zu halten. Demnach würde für einen Wasserstofftank nach diesem Prinzip eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff ausreichen – technisch im Prinzip viel einfacher umzusetzen als ein Tank mit flüssigem Wasserstoff, der auf minus 253 Grad Celsius abgekühlt und gehalten werden muss.

Bekannt sind solche so genannten Clathrat-Verbindungen bereits zwischen Wasser und dem Gas Methan. Dieses auch als „brennendes Eis“ bezeichnete Gashydrat kommt in Sedimenten am Meeresboden und in den Permafrostböden der Polargebiete vor.

Einen ebenfalls vielversprechenden Ansatz zur Speicherung von Wasserstoff verfolgt eine Forschergruppe des koreanischen Instituts für Energieforschung in Taejon. Die Wissenschaftler um Sung June Cho hatten entdeckt, dass die Kunststoffe Polyanilin und Polypyrrol Wasserstoff wie ein Schwamm speichern können.

Bei Raumtemperatur nahmen die Materialien bis zu sechs Prozent ihres Eigengewichts an Wasserstoff auf. Die Forscher erklären sich dieses Verhalten mit der elektrischen Leitfähigkeit dieser Kunststoffe, die das Anlagern von Wasserstoffmolekülen an der Oberfläche erleichtert.

Behandelten die Wissenschaftler Kunststoffblöcke mit Salzsäure und vergrößerten so die Poren und damit die Oberfläche des Materials, stieg die Kapazität auf bis zu acht Prozent und damit in Bereiche, die für eine wirtschaftliche Nutzung interessant sein könnten. Zunächst müssen die Wissenschaftler jedoch noch in Experimenten klären, ob das Material den gespeicherten Wasserstoff auch wieder geordnet abgeben kann