• Speicherung erneuerbarer Energien: Rostocker Forscher experimentieren mit Ameisensäure

Speicherung erneuerbarer Energien : Rostocker Forscher experimentieren mit Ameisensäure

Ameisensäure enthält viel Wasserstoff und könnte als neuartiger Energiespeicher dienen. Doch die Säure reagiert nur widerwillig. Wissenschaftler in Rostock wollen jetzt einen Katalysator entwickeln.

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Flügellahm. Nachts wird kaum Windstrom gebraucht. Forscher suchen daher nach geeigneten Energiespeichern.
Flügellahm. Nachts wird kaum Windstrom gebraucht. Forscher suchen daher nach geeigneten Energiespeichern.Foto: ddp

Wenn es darum geht, wie Energie gespeichert werden kann, landet man ziemlich schnell beim Wasserstoff. Doch die Sache ist vertrackt: Wasserstoff ist ein Gas und lässt sich nicht problemlos in den Tank füllen. „Daher arbeiten wir an flüssigen Wasserstoffspeichern, die einfach zu handhaben sind“, sagt der Chemiker Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse (Likat) an der Universität Rostock.

Er hat vor allem Ameisensäure im Blick, eine Flüssigkeit, die nicht giftig ist und viel Wasserstoff (H) enthält, wie die Summenformel CH2O2 zeigt. Eine chemische Reaktion wandelt die Flüssigkeit in Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) um, der anschließend in einer Brennstoffzelle elektrischen Strom erzeugen kann. Ameisensäure lässt sich obendrein aus Ernteabfällen oder Holzschnitzeln gewinnen. Stellt man aus ihr Wasserstoff her, wird dabei nicht mehr Kohlendioxid frei, als die Ackerpflanzen oder der Wald vorher aus der Luft geholt hatten.

Soweit die Theorie. Die Wasserstoffproduktion funktioniert bisher aber nur bei Temperaturen von mehr als 200 Grad Celsius und trübt so die Energiebilanz erheblich. Beller und seine Mitarbeiter entwickeln daher Katalysatoren, die diese Reaktion mit weniger Aufwand ablaufen lassen. Besonders gut eignen sich in der Regel Edelmetalle. Mit Ruthenium klappte das Ganze nach einiger theoretischer Vorarbeit und etlichen Experimenten dann auch ganz gut.

Eigentlich hätten die Forscher jetzt einen Energiespeicher bauen können, der aus einer austauschbaren Kartusche mit Ameisensäure und Katalysator, sowie einer Minibrennstoffzelle besteht. Dieser hätte immerhin den dreifachen Energiegehalt wie eine gleich schwere Lithium-Ionen-Batterie. Ein Renner wäre dieser Speicher aber kaum, weil Ruthenium sehr selten und entsprechend teuer ist.

Die Likat-Forscher stiegen daher auf Eisen als Katalysator um. Davon gibt es reichlich, und das Element hat seine Tauglichkeit als Kat längst bewiesen: Die Natur setzte es seit Urzeiten als Biokatalysator in Form von Enzymen ein, die bei normalen Temperaturen in Tieren und Pflanzen sehr gut arbeiten. In solchen Katalysatoren hüllen andere Atomgruppen das Eisen im Zentrum ein. Die Forscher veränderten diese Verbindungen, bis das Eisen das Ameisensäuremolekül effektiv in Wasserstoff und Kohlendioxid trennte.

Diesmal scheiterte die praktische Anwendung daran, dass der Katalysator nur funktionierte, wenn gleichzeitig Licht eingestrahlt wurde. Für den Energiespeicher in einem Laptop ist das natürlich kaum praktikabel. Schließlich fanden die Chemiker eine Mischung aus Eisen, Bor und Fluor, sowie Wasser und einer Phosphorverbindung, die als Katalysator auch im Dunklen und bei Temperaturen zwischen 20 und 80 Grad funktioniert.

Aber es gibt noch eine Hürde. Bisher wird Ameisensäure oft aus Biomasse gewonnen, besser wäre eine Produktion aus überschüssiger Elektrizität – etwa aus Windkraftanlagen, die nachts kaum genutzt werden. In einer altbekannten Reaktion kann dieser Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten.

Beller und sein Team arbeiten inzwischen an einem Katalysator, der diesen Wasserstoff mit Kohlendioxid rasch in ihren flüssigen Energiespeicher Ameisensäure verwandelt. „Das für diese Reaktion benötigte Kohlendioxid entsteht zum Beispiel in Kohle-, Gas- und Biomassekraftwerken massenweise und könnte dort abgefangen werden“, sagt der Forscher. So würde sich der Kreis schließen zu einem einfach zu nutzenden Speicher für erneuerbare Energie.

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