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Wasserstoffkraftstoff aus Ameisensäure
Neue Forschungen zeigen, dass Ameisensäure als sichere, leicht zu transportierende Wasserstoffquelle für Brennstoffzellen verwendet werden könnte. Matthias Beller und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock haben einen Weg gefunden, Ameisensäure, ein übliches Konservierungsmittel und antibakterielles Mittel, bei niedrigen Temperaturen in Wasserstoffgas umzuwandeln.
Wasserstoff auf Abruf: Eine Generatoreinheit extrahiert Wasserstoff aus Ameisensäure und speist ihn einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle zu, die einen Laptop betreibt.
Während Wasserstoff, der mit dieser Methode hergestellt wird, möglicherweise in absehbarer Zeit keine Verwendung in Brennstoffzellenfahrzeugen findet, könnten mit dem Verfahren ausreichende Mengen für Mikrobrennstoffzellen produziert werden, die tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone und Laptops mit Strom versorgen.
Die Herausforderung, Wasserstoff kostengünstig zu produzieren, zu speichern und zu transportieren, hat die Popularität von Brennstoffzellen verhindert. Anstatt Wasserstoffgas zu transportieren, ist es praktischer, ein wasserstoffhaltiges Material zu haben, das zerlegt werden kann, um das Gas dort zu erzeugen, wo es benötigt wird. Derzeit führen Methan und Methanol die Liste der Wasserstoffquellen für Brennstoffzellenfahrzeuge an. Der Abbau erfolgt typischerweise über die Dampfreformierung, die Temperaturen von über 200 °C und eine Reformieranlage erfordert.
Prozesse, die bei kühleren Temperaturen arbeiten, benötigen keinen Reformer oder viel Energie und könnten daher besser geeignet sein, Wasserstoff für kleinere Brennstoffzellen zu produzieren, die tragbare elektronische Geräte antreiben. Der neue Prozess, den Beller und seine Kollegen in Angewandte Chemie , arbeitet bei Temperaturen von 26 bis 40 °C. Die Forscher mischen Ameisensäure mit Aminen und setzen die Mischung einem Katalysator auf Rutheniumbasis aus, der die Säure in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt.
Der Vorteil von Ameisensäure ist, dass sie flüssig ist … und relativ einfach zu handhaben ist, sagt Beller. Während die reine Säure ätzend sei, sei die Mischung der Säure mit Aminen gutartig, sagt er.
Ameisensäure kann auch direkt in einer Brennstoffzelle verwendet werden. Das könnte einfacher sein, weil es den zusätzlichen Schritt erspart, es zuerst in Wasserstoff umzuwandeln. Tekion mit Sitz in Burnaby, Kanada, arbeitet mit dem deutschen Chemieriesen BASF, dem größten Hersteller von Ameisensäure, an der Vermarktung einer Brennstoffzelle, die Ameisensäure direkt nutzt. Tekion, das noch kein Produkt auf dem Markt hat, behauptet, dass seine Ameisensäure-Brennstoffzellen kleiner und weniger komplex sind als Direkt-Methanol-Brennstoffzellen. Direkte Ameisensäure-Brennstoffzellen haben jedoch den gleichen Nachteil, der Methanol-Brennstoffzellen teuer macht: Beide Technologien sind weniger effizient als Wasserstoff-Brennstoffzellen.
Beller weist darauf hin, dass die Verwendung von Ameisensäure zur Herstellung von Wasserstoff auch Nachteile hat. Im Vergleich zu Methan und Methanol hat Ameisensäure viel weniger Wasserstoff. Wenn Sie den gesamten Wasserstoff in einem Kilogramm Methanol verwenden, erhalten Sie 4,19 Kilowattstunden Energie, während der Wasserstoff in einem Kilogramm Ameisensäure 1,45 Kilowattstunden ergibt.
Das könnte Ameisensäure zu einer teureren Wasserstoffquelle machen als Methan oder Methanol. Gleichzeitig verbrauche das Verfahren weniger Energie als die Dampfreformierung, und mit besseren Katalysatoren könnten die Forscher die Kosten senken, sagt Beller.
Ameisensäure könnte eine Chance haben, den Markt für tragbare elektronische Brennstoffzellen zu erreichen, schlägt Richard Farmer vor, der das Wasserstoffproduktions- und -lieferteam im Energieeffizienz- und Erneuerbare-Energien-Labor des Department of Energy leitet.
Um große Mengen Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge herzustellen, müsste sich das Verfahren jedoch mit dem aktuellen Benchmark vergleichen: der Dampf-Methan-Reformierung. Mit einer kleinen Dampfreformereinheit an einer Tankstelle, sagt Farmer, haben wir unser kurzfristiges Ziel von drei Dollar pro Kilogramm [Wasserstoff], unversteuert, aber geliefert, erreicht.
Beller und seine Kollegen haben zwar noch einen langen Weg vor sich, um genügend billigen Wasserstoff für Fahrzeuge zu produzieren, diskutieren ihre Technologie aber bereits mit zwei deutschen Automobilkonzernen. Sie arbeiten auch mit einigen Ingenieuren zusammen, um einen kleinen Prototyp eines Modellautos zu bauen, das die Technologie verwendet und in zwei Monaten fertig sein soll. Aber kurzfristig, sagt Beller, betrachten die Forscher Ameisensäure als Brennstoff für tragbare Elektronik. Wir streben derzeit keinen großen Einsatz in Autos an – das macht keinen Sinn.