Reduzierung der Kosten eines zukünftigen Energieträgers

Wasserstoff ist für die moderne Wirtschaft von wesentlicher Bedeutung, und die Erweiterung seines Nutzens in einer nachhaltigeren Gesellschaft ist eine der wichtigsten globalen Prioritäten. Nun, in einer Studie, die kürzlich in veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschrittehaben Forscher der Universität Osaka spannende Fortschritte bei der Beseitigung vieler verbleibender Engpässe bei der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger gemacht.

Als chemischer Vorläufer des in der Düngemittelproduktion verwendeten Ammoniaks hat Wasserstoff dazu beigetragen, die Welt zu ernähren, und in Zukunft kann Wasserstoff weiterhin Leben retten, indem er auch als Kraftstoff dient. Ein großes Hindernis für dieses Ziel ist die Art und Weise, wie wir derzeit Wasserstoff produzieren.

Es gibt viele Methoden zur Herstellung von Wasserstoff – beispielsweise durch Reaktion von Hochtemperaturdampf mit Erdgas – aber diese Ansätze führen zur Produktion von Rohwasserstoff, der schwer zu entfernende Schadstoffgase enthält, wodurch der Wert des resultierenden Wasserstoffs sinkt. Für die kommerzielle Nutzung von Wasserstoff müssen alle Verunreinigungen durch mehrstufige, energieintensive Prozesse, die für jede Verunreinigung unabhängig optimiert werden, rigoros entfernt werden, was es schwierig macht, den Wasserstoff aus dem die Nebenprodukte enthaltenden Rohgemisch zu extrahieren.

Die Schwierigkeit, Wasserstoff aus üblichen Schadstoffgasen zu extrahieren, hat die Verwendbarkeit von flüssigen organischen Wasserstoffträgern, dem Stand der Technik für die Wasserstoffspeicherung, eingeschränkt. In diesen Systemen haben viele Forscher jahrzehntelang gekämpft, um die Herausforderung zu meistern, die Träger dazu zu bringen, Wasserstoff in Anwesenheit von verunreinigenden Gasen aufzunehmen – dh zu speichern. „Schon eine kleine Menge Kohlenmonoxid kann beispielsweise die Wasserstoffaufnahme behindern“, sagt Yoichi Hoshimoto, der korrespondierende Autor. „Daher sind aufwendige Reinigungsverfahren notwendig, um den Wasserstoff vor der Speicherung zu isolieren.“

Um diese Herausforderungen zu meistern, haben Hoshimoto und sein Team lagerstabile Triarylborane synthetisiert, die selbst in Gegenwart üblicher Schadgase Wasserstoff aufnehmen, und dabei die folgenden bahnbrechenden Ergebnisse erzielt: Wasserstoffspeicherung (mit bis zu >99 % Effizienz) und nachfolgende Wasserstofffreisetzung mit einer Reinheit von bis zu 99,9 %.

„Der industrielle Wert von molekularem Wasserstoff wird seit langem durch erhebliche Mengen an Kohlenmonoxid und anderen Schadstoffen beeinträchtigt“, erklärt Hoshimoto. „Bei der von uns entwickelten Methode der katalytischen Hydrierung war jedoch selbst ein fünffacher Überschuss einer Verunreinigung kein Problem, und die Wasserstoffaufnahme und -abgabe erfolgte jeweils ohne den Einsatz von Lösungsmitteln.“

Dieser Arbeit gelang ein Proof-of-Concept für ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, das separate Reinigungsstufen vor der Speicherung überflüssig macht und somit das Potenzial zur Steigerung der wirtschaftlichen Nachhaltigkeit von Wasserstoff als Energieträger aufzeigt. Zukünftige Fortschritte bei der Steigerung der ökologischen Nachhaltigkeit der Wasserstoffproduktion – beispielsweise durch Gewinnung aus Wasser – werden weiter dazu beitragen, eine nachhaltige wasserstoffbasierte Wirtschaft zu schaffen.