Herstellung von Wasserstoffspeichermaterialien aus Industrieabfällen

Ob Autos, Energie oder Mobiltelefone, die moderne Gesellschaft ist auf Metallen aufgebaut, und auch unsere Zukunft hängt stark von diesen Materialien ab. Wasserstoff sicher, kompakt und trotzdem umweltfreundlich zu speichern, ist nach wie vor eine große Herausforderung. Insbesondere für Anwendungen, bei denen es auf das Volumen und die Sicherheit des Speichersystems ankommt – beispielsweise in stationären Speichern, in Wasserstofftankstellen oder Schiffen – könnten Metallhydride eine attraktive Lösung sein, da sie eine sehr hohe Speicherdichte bereitstellen können. Zur Herstellung dieser Speichermaterialien werden üblicherweise hochreine Metalle verwendet. Trotz ihrer Vorteile ist der Abbau und die großtechnische Produktion dieser Materialien eine starke Belastung für die Umwelt, da sie große Mengen an Treibhausgasen emittieren, ganz zu schweigen von den Auswirkungen des Abbaus der Rohstoffe auf die Landschaft selbst.

Forscher des Helmholtz-Zentrums Hereon Institute of Hydrogen Technology haben nun gezeigt, dass auch aus weniger reinen industriellen Metallabfällen hochwertige Wasserstoffspeichermaterialien hergestellt werden können. Diese Erkenntnisse ermöglichen es uns erstmals, eine Kreislaufwirtschaftsstrategie zur Herstellung von Metallhydriden einzusetzen. Dadurch ist ihre Herstellung wesentlich umweltfreundlicher.

„Die Nutzung von Ansätzen der Kreislaufwirtschaft zur Herstellung von Wasserstoffspeichermaterialien ermöglicht es uns, die Energieherausforderungen, die unsere Gesellschaft in der heutigen Zeit stellt, nachhaltiger anzugehen“, sagt Dr. Claudio Pistidda, Wissenschaftler am Hereon Institute of Hydrogen Technology.

Jedes Jahr fallen Millionen Tonnen Metallabfälle an. Das Recycling dieser Materialien ist entscheidend, um die Bedrohung abzumildern, die die ständig steigende Nachfrage nach Metall für das Wirtschaftswachstum vieler Länder darstellt. Obwohl für die meisten in der Industrie verwendeten Metalllegierungen erfolgreiche Recyclingmethoden vorhanden sind, geht immer noch eine beträchtliche Menge davon verloren. Die Herstellung von Metallhydriden aus ansonsten nicht recycelbaren Materialien könnte große Mengen dieser Industrieabfälle einfangen, wie die Hereon-Wissenschaftler zeigten. Metallhydride scheinen im Gegensatz zu metallischen Legierungen ziemlich unempfindlich gegenüber der genauen Legierungszusammensetzung zu sein, zB für Hochleistungsbauzwecke.

„Unsere Forschung eröffnet einen neuen Weg zur Entwicklung umweltfreundlicher Materialien für Hochleistungs-Wasserstoffspeicheranwendungen“, sagt Dr. Claudio Pistidda.

Im Vergleich zu herkömmlichen Druck- oder Flüssigwasserstofftanks sind Metallhydride eine attraktive Lösung, um Wasserstoff bei niedrigen Drücken und moderaten Temperaturen sicher und kompakt zu speichern. Die zu feinen Pulvern gemahlenen Metallverbindungen haben eine hohe Affinität zu Wasserstoff. Sobald sie ihm ausgesetzt sind, führt die hohe Affinität zum Aufbrechen der Bindungen zwischen den beiden Wasserstoffatomen des Wasserstoffmoleküls (H2). Danach verbinden sich die Metalle mit den einzelnen Wasserstoffatomen, was zu Hydridspezies führt. Dieser Prozess kann leicht rückgängig gemacht werden, indem der zuvor angelegte Wasserstoffdruck zur Bildung der Metallhydride verringert oder die Temperatur erhöht wird. Wie ein Schwamm mit Wasser können die Metallhydride also Wasserstoff in erstaunlichen Mengen binden und schnell wieder abgeben.

Am Hereon Institute of Hydrogen Technology entwickeln Wissenschaftler nanostrukturierte Materialien für die Wasserstoffspeicherung, untersuchen nachhaltige Produktionsmethoden in großem Maßstab und bewerten diese Materialien in realen Umgebungen. Ihre jüngsten Forschungsergebnisse wurden in veröffentlicht Grüne Chemie und die Zeitschrift für Magnesium und Legierungen.