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Recyclebare Wasserstoff-Kraftstofftanks
Eine Herausforderung bei der Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff für den Verkehr besteht – neben der Suche nach einer sauberen und kostengünstigen Quelle für den Kraftstoff selbst – darin, ihn sicher und reversibel zu lagern, ohne zu viel Platz zu beanspruchen. Wasserstoff hat eine geringe Dichte, daher muss er entweder unter Druck, der ein Sicherheitsrisiko darstellt, oder chemisch oder in einem absorbierenden Material eingeschlossen werden.
Bei der chemischen Speicherung wird Wasserstoff an die Moleküle in einem festen Material wie Ammoniakboran gebunden. Der Vorteil der chemischen Speicherung besteht darin, dass diese Materialien inerte Feststoffe sind und der Wasserstoff zur Reaktion in einer Brennstoffzelle leicht entfernt werden kann. Doch die in Entwicklung befindlichen Materialien zur chemischen Speicherung von Wasserstoff haben eine große Einschränkung: Sie zu betanken, wenn sie verbraucht sind, kostet viel Energie. Jetzt haben Forscher eine Reihe von Reaktionen entwickelt, um das hochdichte Wasserstoffspeichermaterial Ammoniakboran bei niedrigeren Temperaturen durch einen Prozess zu betanken, der viel weniger Energie verbraucht.
Das US-Energieministerium (DOE) hat sich zum Ziel gesetzt, ein Wasserstoff-Brennstoffzellen-Auto zu entwickeln, das mit einem einzigen Kraftstofftank mit chemischer Wasserstoffspeicherung 300 Meilen zurücklegen kann. Die Autos würden zu einem Zentrum gebracht, um die verbrauchten Tanks gegen neue auszutauschen, wobei die verbrauchten Tanks in einer Anlage regeneriert werden.
Die Fähigkeit eines Stoffes, Wasserstoff chemisch zu speichern, wird als Prozentsatz seines Gewichts gemessen, der vom Element aufgenommen wird; Um seine Ziele zu erreichen, liegt der DOE-Benchmark für Wasserstoffspeichermaterialien bei 6 Gewichtsprozent bis 2010 und 9 Gewichtsprozent bis 2015. Die gute Nachricht von Ammoniakboran ist, dass es die vom DOE festgelegten Volumen- und Gewichtsziele erreichen oder übertreffen kann. sagt Jamie Holladay , ein leitender Forschungsingenieur am Pacific Northwest National Laboratory. Ammoniakboran enthält 19,6 Gewichtsprozent Wasserstoff. Die Herausforderung sei die Regeneration des abgebrannten Brennstoffs, sagt er.
Sobald man den Wasserstoff aus dem Ammoniakboran herausholt, kann man ihn nicht einfach mit mehr Wasserstoff unter Druck setzen, um den Kraftstoff zu regenerieren, weil dies zu energieintensiv ist, sagt John Gordon , ein Forschungschemiker am Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Um herauszufinden, welche Reaktionen wahrscheinlich am besten funktionieren, ohne Hunderte auf dem Prüfstand testen zu müssen, haben die Chemiker von Los Alamos mit . zusammengearbeitet David Dixon , einem Chemieprofessor an der University of Alabama, der Algorithmen entwickelt hat, um die Energetik der Reaktionen vorherzusagen. Die Gruppe testete dann die vielversprechendsten Chemien und stellte fest, dass die Verwendung eines Zinnkatalysators und die Regenerierung des Materials in mehreren Schritten viel weniger Energie erforderten, als die Reaktion direkt voranzutreiben.
Bevor Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autos praktikabel werden, bleibt natürlich ein großes Problem: die Entwicklung verbesserter Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff-Kraftstoff, an der andere Forscher arbeiten.