Chemiker am Leibniz-Institut für Katalyse, LIKAT, entwickelten gemeinsam mit der Firma Apex ein katalytisches System, das Wasserstoff chemisch speichert und in hochreiner Form beliebig wieder abgeben kann. Auf dieser Basis könnten in Zukunft Anlagen nach dem Prinzip einer Batterie jederzeit und überall Wasserstoff spenden, z.B. um Brennstoffzellen zu betreiben.

Die Arbeit der Forscher könne das weltweite Bemühen, Öl und Gas als Energierohstoffe abzulösen und CO2-neutrale Prozesse zu nutzen, einen guten Schritt voranbringen, heißt es in einer Mitteilung für die Presse. Wasserstoff sei als künftige Basis für den Energiesektor zwar mittlerweile akzeptiert, wie Henrik Junge, der Leiter der Forschungsgruppe erläutert, allerdings sei seine Speicherung immer noch problematisch. Wasserstoff ist in Gegenwart von Sauerstoff explosiv und als Gas unter normalen Bedingungen flüchtig und von geringer Dichte, weshalb führende Forschungslabore vor allem chemische Wege seiner Speicherung erkunden.

Wasserstoff bei Bedarf speichern und freisetzen

Duo Wei, Postdoktorand am LIKAT in Rostock, verwendete als Speichermedium für Wasserstoff Ameisensäure und ihre Salze, sogenannte Formiate. Bereits vor einem Jahr beschrieben die Rostocker Chemiker im Fachjournal Chemical Science, wie sie mittels Kohlendioxid aus der Luft und der Aminosäure L-Lysin katalytisch Wasserstoff in Formiaten speichern. „Natürlich wäre es elegant, wenn wir im selben System den Wasserstoff bei Bedarf wieder freisetzen können, um ihn zu nutzen“, so Henrik Junge. Genau das sei mit der aktuellen Arbeit gelungen.

Den Katalysator, der all die notwendigen chemischen Reaktionen ermöglicht, entwickelten die Chemiker auf der Basis eines Mangan-Komplexes, er kommt also, anders als bei den meisten bisherigen Hydrierungen üblich, ohne Edelmetall aus. Es gibt weitere Vorzüge, wie der Direktor des LIKAT, Matthias Beller, erläutert. Normalerweise wird bei der Rückgewinnung von Wasserstoff aus Formiaten das zur Speicherung verwendete Kohlendioxid wieder frei. „Wir hingegen halten das CO2 dauerhaft in unserem Reaktionssystem fest.“ Der Trick besteht darin, dass die Forscher das CO2 an eine gewöhnliche Aminosäure binden, die in der Natur und in uns selber vorkommt.

Prinzip einer elektrischen Batterie

Das neu entwickelte Reaktionssystem folgt dem Prinzip einer elektrischen Batterie, mit dem Unterschied, dass anstelle von elektrischem Strom Wasserstoff genutzt wird. Eine solche Batterie wird also einmal zu Beginn mit CO2 aus der Luft befüllt. Sie kann dann den Zyklus der Hydrierung (H2-Speicherung) und Dehydrierung (H2-Freisetzung) mehrmals durchlaufen, wobei stets neuer Wasserstoff in den Speicher geladen wird.

Wie Henrik Junge betont brauche die Wasserstoffwirtschaft auf grüner Basis große Speicherkapazitäten, vorzugsweise chemischer Art, auch lokal vor Ort. Das alles sei Grundlagenforschung, doch in hohem Maße geeignet, Wirtschaft und Energiesektor mit klimaneutralen Verfahren transformieren zu helfen. Hinzu komme, dass die Chemie Kohlendioxid in der Atmosphäre zunehmend als Rohstoffquelle erkenne, Ausgangsstoff für vielfältige nützliche Produkte, wie Henrik Junge sagt.

Antrag auf Patent läuft

Für die praktische Nutzung ihrer Erkenntnisse wird die Kooperation des LIKAT mit der APEX Group sorgen. Der Antrag zu einem gemeinsamen Patent, das von APEX angemeldet wurde, läuft gerade. (amo)