Ameisensäure als Wasserstoffspeicher
Neuer Eisen-Katalysator setzt bei milden Bedingungen das energiereiche Gas frei.
Eine große Hürde auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft ist die einfache Speicherung des Gases. Forscher aus Rostock und Lausanne haben nun in der ungiftigen Ameisensäure einen viel versprechenden Kandidaten für einen flüssigen Wasserstoffspeicher gefunden. Dank eines neu entwickelten Katalysators auf Eisenbasis ließen sich große Wasserstoffmengen aus Ameisensäure gewinnen. Bisher lief dieser Prozess halbwegs effizient nur mit deutlich teureren Katalysatoren ab, beispielsweise aus Ruthenium.
Abb.: Mechanismus für die selektive, katalytische Freisetzung von Wasserstoff aus Ameisensäure. (Bild: R. Ludwig)
„Jetzt haben wir ein sehr einfaches System gefunden, Wasserstoff aus Ameisensäure direkt mit Hilfe eines Eisenkatalysators – eines in kleinsten Mengen zugesetzten Hilfsstoffes – zu erzeugen“, sagt Matthias Beller vom Leibniz-Institut fur Katalyse in Rostock. Seine Arbeitsgruppe wählte als Ausgangssubstanz einen Komplex aus Eisenborflourid. An diesen dockten sie einen phosphorhaltigen Liganden an. Eine Zugabe von nur 0,005 Molprozent dieses Katalysators zur Ameisensäure reichte aus, um effizient Wasserstoff abspalten zu können.
Bereits bei Raumtemperatur setzte die katalytische Zersetzung der Ameisensäure ein. Doch die höchste Ausbeute erreichten die Forscher bei 80 Grad Celsius. Pro Stunde beobachteten Beller und Kollegen 9425 Zyklen der Katalyse-Reaktion. Dabei erzielten sie einen konstanten Gasfluss von 325,6 Milliliter pro Minute. In dem Gas waren sowohl Wasserstoff und Kohlendioxid enthalten. Die Mengen an giftigem Kohlenmonoxid waren mit weniger als 20 Molekülen pro Million (ppm) vernachlässigbar gering.
Um reinen Wasserstoff, der zum Betrieb von Brennstoffzellen geeignet ist, zu gewinnen, muss allerdings noch das ebenfalls entstandene Kohlendioxid abgetrennt werden. Die Forscher schlagen vor, das unbrennbare CO2 als Karbonatsalz zu binden. Um den kompletten Prozess auch möglichst klimaneutral gestalten zu können, ließe sich das freigesetzt CO2 auch für die Erzeugung weiterer Ameisensäure nutzen.
Schon bei der Entwicklung des Eisen-Katalysators halfen mathematische Modellrechnungen, die die Rostocker Forscher parallel durchführten. Einen genauen Einblick in die Katalysereaktion erlaubten spektroskopische Untersuchungen, die von Kollegen der Universität in Lausanne durchgeführt wurden. Auch für die weiteren Entwicklungsschritte, die sich auf die Abtrennung, Versalzung und erneute Nutzung des Kohlendioxids konzentrieren, sollen sowohl Reaktions-Simulationen als auch eine ausgefeilte Spektroskopie wichtige Hinweise liefern.
Gelingt es den Forschern, den kompletten Umsetzungsprozess von Ameisensäure effizient zu gestalten, lockt ein neues und günstiges Reaktionssystem für die breite Anwendung von Wasserstoff als Energieträger.
Jan Oliver Löfken
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