Gesundheit: Umwelt und Energie: Keine Ruhe für die Forscher

Wasserstoff ist das kleinste aller Elemente, in seiner Grundform besteht es nur aus einem Proton und einem Elektron. Chemisch kommt Wasserstoff in der Natur aber nie elementar vor, zu groß ist sein Bindungswille - vor allem zum Sauerstoff. Beide bilden dann das bekannte Wassermolekül.

Generell bringt das Atom sein Elektron gern in einen Molekülverbund ein, wodurch eine elektrochemisch möglichst ausgeglichene Elektronenhülle entsteht. Und damit ist Wasserstoff eine recht aggressive Substanz, Chemiker sprechen von "reduzierendem" Verhalten. Es steht im ganzen Gegensatz zu dem, das Sauerstoff zeigt, denn das oxidiert gern: Autos zu Rost, zum Beispiel.

Übrigens ziehen sich unedlere Metalle gern eine dünne Oxidschicht als Mantel an, selbst beim Kupfer entsteht Grünspan. Diese Schicht ist elektrochemisch gesehen ein prima Schutz für die Oberfläche des Metalls, denn dann kommt nichts Störendes mehr ans gediegene Material heran - vorausgesetzt, das Blech wird keinen starken mechanischen Einflüssen ausgesetzt. Nur: all dies gilt allein für "normale" Bedingungen, nicht für die Anwesenheit von Wasserstoff und schon längst nicht für die Temperaturen, unter denen Wasserstoff den Aggregatzustand von flüssig zu dampfförmig wechselt - dieser Siedepunkt liegt bei minus 253 Grad.

Nun arbeitet die Industrie schon mit Milliarden von Kubikmetern Wasserstoff pro Jahr - dies geschieht freilich in Anlagen, die von Fachleuten bedient werden und besonderen technischen Kontrollen unterliegen. Wenn künftig aber Autos mit Wasserstoff in Kundenhand gegeben werden sollen, und wenn man bedenkt, wie leichtfertig manche Zeitgenossen mit den Themen "Inspektion" und "Sicherheitscheck" umgehen, dann können auf die eingesetzten Materialien ungeahnte Beanspruchungen zukommen.

Und da überdies noch etliche Fragen zum Verhalten von Werkstoffen unter so extremen Bedingungen (Tiefsttemperatur, Wasserstoff als Umgebung) auf Antwort warten, gab es für die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Dahlem Gründe genug, jetzt ein besonderes Labor einzurichten. Es wird von Tribologen genutzt. Die Tribologie ist die Lehre von Reibvorgängen und ihren Auswirkungen.

Diese Wissenschaftler entwickeln Methoden, mit denen negative Folgen solcher Reibereien gemindert oder gar vermieden werden können. Ganz darauf verzichten kann man nicht: Lager müssen sich halt bewegen. Im Motor bildet das Öl zwischen den aufeinander gleitenden Teilen einen Film, der den direkten Kontakt verhindert. Öl aber schmiert bei minus 253 Grad und in Anwesenheit von Wasserstoff eben nicht mehr.

Genau hier setzt die Arbeit der Tribologen an, die Beschichtungen anwenden und prüfen müssen, die auf Reibung möglichst unempfindlich reagieren. Und das kann zum Beispiel eine Diamant-artige Kohlenstoff-Schicht sein. Die Laboreinrichtung ermöglicht Versuche direkt im Wasserstoffbad bei einem Druck bis 20 Bar und einer Reibbelastung bis 50 Kilo.

gih