Wasserstoff in Dieselform – Seite 1

Wasserstoff ist der Sprit für Elektroautos, die den Strom zum Fahren in Brennstoffzellen erzeugen. Schädliche Emissionen entstehen bei diesem chemischen Vorgang nicht, außerdem lässt sich Wasserstoff so schnell tanken wie herkömmlicher Sprit. Das Laden von Akkus dauert Stunden, deshalb hoffen viele, dass sich die schnelle Wasserstofftechnologie durchsetzen wird. Bislang ist die Batterie im Vorteil, weil Wasserstoff von Natur aus als Energieträger keine brauchbaren Eigenschaften hat.

Wasserstoff ist das leichteste Element im Periodensystem und hat eine extrem geringe Energiedichte, gemessen am Volumen. Pro Liter beträgt sie drei Wattstunden. Ein Liter Diesel kommt auf 10.000 Wattstunden. Gemessen am Gewicht ist die Energiedichte beim Wasserstoff aber dreimal so hoch – denn er ist federleicht. Diese Energiedichte lässt sich technisch erhöhen, indem man den Stoff komprimiert. Bei den verfügbaren Brennstoffzellenautos wird Wasserstoff in Tanks mit 700 Bar Druck gefüllt. Das erfordert spezielle Fahrzeuge für den Transport von Wasserstoff zu Tankstellen und Hochdrucktanks für dessen Lagerung. Etwa 70 solcher Wasserstofftankstellen gibt es in Deutschland. Eine komplette Infrastruktur für Wasserstoff anstelle von Treibstoff aufzubauen, ist teuer und nicht überall auf der Welt möglich, weil technisch äußerst anspruchsvoll.

Eine Alternative ist es, Wasserstoff so weit abzukühlen, dass das Gas flüssig wird. Das passiert bei Minus 253 Grad Celsius. Flüssiger Wasserstoff hat eine höhere Dichte als in gasförmigem Zustand. Auch diese Technologie ist etabliert, aber ebenso teuer wie das Verdichten. Außerdem: Wenn der Tank warm wird, verdampft der Wasserstoff und geht verloren.

"Günstig, extrem sicher und ungiftig"

Beide Varianten sind also schwierig. Drei Professoren der Universität Erlangen-Nürnberg haben deshalb eine weitere Idee entwickelt und die Firma Hydrogenious gegründet. Sie binden den Wasserstoff chemisch an einen Träger, der wiederverwendet werden kann – wie eine Mehrwegflasche. Die als Liquid Organic Hydrogen Carrier, kurz LOHC, bezeichnete Trägersubstanz wird nicht verbraucht und kann nach jedem Entladen wieder Beladen werden. Mit dieser Technologie lässt sich überschüssige regenerative Energie speichern, die entsteht, wenn etwa der Wind zu stark bläst und die Anlagen abgeschaltet werden müssen, weil der Strom aktuell nicht gebraucht wird. Oder man kann mit LOHC Brennstoffzellenautos betreiben. Hydrogenieous verkauft Anlagen, mit denen LOHC hergestellt und der gebundene Wasserstoff wieder freigesetzt werden kann.

Neu ist die Idee nicht, Wasserstoff in einem Träger zu speichern. Dafür fehlte aber bislang ein geeigneter Stoff. Den hat das Professoren-Trio gefunden: eine dieselartige Flüssigkeit mit der Bezeichnung Dibenzyltoluol. Seit den Sechzigerjahren wird sie in der Industrie als Wärmeträger genutzt, um Maschinen zu kühlen. "Sie ist günstig, extrem sicher und ungiftig", sagt Peter Wasserscheid, einer der drei Professoren. Deren herausragende Möglichkeit als Energiespeicher war bislang nicht bekannt, Wasserscheid und seine Kollegen haben sie entdeckt. Schon ein einziger Liter Dibenzyltoluol bindet gut 650 Liter Wasserstoff. In dem Trägermedium wird der Wasserstoff verpackt, sodass er in flüssiger Form gut handhabbar und leicht zu transportieren ist. In den USA hat Hydrogenious bei Unternehmen, in denen Wasserstoff als Nebenprodukt anfällt, Anlagen aufgebaut. Dort wird der Wasserstoff im Trägermedium gespeichert und an andere Firmen geliefert, die die Energie brauchen können.

Bald soll die erste Tankstelle in Betrieb gehen

Der gebundene Wasserstoff eignet sich auch gut für den Transport an zukünftige Wasserstofftankstellen, denn er muss nicht aufwendig gekühlt oder verdichtet werden. LOHC lässt sich in üblichen Tankfahrzeugen transportieren und in bestehenden Tanks an Tankstellen lagern. Schon soll es eine erste Tankstelle geben, an die LOHC geliefert wird. Die ist in Finnland und soll noch dieses Jahr in Betrieb gehen. Derzeit baut Hydrogenious die Anlage dafür, um an der Tankstelle den Wasserstoff freizusetzen, ihn zu verdichten und als Druckwasserstoff in klassischen Wasserstofffahrzeugen zu nutzen.

Im nächsten Schritt entwickeln die Forscher eine Technologie, mit der der Wasserstoff auf einem Zug freigesetzt wird, ohne ihn vorher zu verdichten und unter Hochdruck zu tanken. Das Forschungsprojekt wird vom Freistaat Bayern gefördert. "Im Vergleich zur stationären Tankstelle vibriert ein Fahrzeug im Betrieb, was diese Technologie anspruchsvoller macht", sagt Wasserscheid. Parallel zu arbeiten die Wissenschaftler an der Entwicklung einer Brennstoffzelle, die direkt aus beladenem LOHC Strom erzeugt.

Allerdings konzentrieren sich die Forscher in diesen nächsten Schritten auf große Fahrzeuge wie Schiffe, Züge und Lkw. "Wir sind davon überzeugt, dass sich Wasserstoff in großen und schweren Fahrzeugen durchsetzt, die lange Strecken fahren und viel Energie verbrauchen", sagt Wasserscheid. In kleinen Fahrzeugen für kurze Strecken wird sich eher die Batterietechnologie durchsetzen, glaubt auch er.

Ein Drittel der Energie geht verloren

Andere Forscher zweifeln am Erfolg der Methode, zum Beispiel Ludwig Jörissen vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg. Mindestens ein Drittel Energie gehe verloren, wenn Wasserstoff in einer Trägerflüssigkeit gespeichert wird. Wenn man geladenen Wasserstoff auf einem 40-Tonner-Lkw transportiere, seien davon drei Tonnen Wasserstoff und 30 Tonnen Ballast für die Trägerflüssigkeit. "Das ist wenig sinnvoll", sagt Jörissen. Er bewertet die Methode bestenfalls als ebenbürtig mit flüssigem Wasserstoff.

Außerdem sei die Trägerflüssigkeit Dibenzyltoluol nicht unbegrenzt haltbar. "Es gilt die alte Weisheit aus dem Chemielabor: Was lange und heiß kocht, wird endlich schwarz", sagt Jörissen. Gespeichert wird der Wasserstoff im Trägerstoff bei etwa 200 Grad Celsius und freigesetzt bei 300 Grad Celsius. "Mit der Zeit hinterlassen diese hohen Temperaturen Zersetzungsspuren des Trägermediums im Wasserstoff", sagt der Forscher. Dann müsse der Wasserstoff eventuell gereinigt werden, bevor er benutzt werden kann. Deshalb hält Jörissen den LOHC-Prozess für zu aufwendig, um ihn in Autos, Bussen oder Zügen unterzubringen. Sinnvoll könne die Methode aber bei großen Schiffen sein: "In dieser Größenklasse hätte die Sache einen gewissen Charme."