Meerwasser, Aluminium und Koffein: Diese Rohstoffe könnten Wasserfahrzeuge in Zukunft mit Energie versorgen

Wasserstoff gilt gemeinhin als wichtiger Energieträger für die Zukunft. Das Gas kann sowohl als Brennstoff dienen als auch in Brennstoffzellen als Stromlieferant fungieren und wird für gewöhnlich mittels Elektrolyse gewonnen. Dabei handelt es sich um die Spaltung von Wasser unter Einsatz von Strom. Forscher:innen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben nun eine Alternative Methode zur Gewinnung von Wasserstoff demonstriert, die mit gut verfügbaren Rohstoffen arbeitet und vor allem für Wasserfahrzeuge nutzbar sein könnte.

Wasserstoff aus einfachen Rohstoffen

Die Forscher:innen rund um Aly Kombargi basierten ihr Experiment auf eine chemische Reaktion zwischen metallischen Aluminiumoberflächen und Wasser: „Aktiviertes Aluminium reagiert mit Wasser und erzeugt dabei Wasserstoffgas, Hitze und Aluminiumoxidhydrat (AlO(OH), einen nichtgiftigen, wertvollen Rohstoff„, so das Team. Allerdings kann diese Reaktion nur dann stattfinden, wenn das metallische Aluminium nicht mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt ist. Dies ist für gewöhnlich jedoch der Fall, weshalb diese Form der Wasserstoffproduktion im Alltag nicht auftritt. Es ist jedoch bekannt, dass eine Legierung, die aus Gallium und flüssigem Indium besteht, in der Lage ist, diese Schutzschicht zu entfernen.

In ihrem Test nutzten die Forscher:innen ein Gramm Aliminiumpellets, die mit dieser Legierung behandelt wurden. Mit ihnen erzeugte das Team dann 1,3 Liter Wasserstoffgas aus destilliertem Wasser. Der Vorgang nahm nur fünf Minuten in Anspruch. Allerdings sind Gallium und Indium teure Metalle – was eine Rückgewinnung dieser beiden Rohstoffe im Laufe der Reaktion nötig macht. Anders könnte der Prozess nicht kosteneffizient sein.

Koffein beschleunigt die Reaktion

Dieses Problem lösten die Forscher:innen mit Meerwasser. „Frühere Forschung hatte bereits darauf hingedeutet, dass Gallium in Salzwasser oder anderen ionischen Medien Agglomerationen bildet„, erklärt das Team. Die Doppelschicht aus positiven und negativen Ladungen um die Galliumpartikel schützt diese vor weiteren Reaktionen und macht eine Wiedergewinnung möglich.

Allerdings läuft die eigentliche Reaktion, bei der dann der Wasserstoff produziert wird, mit Meerwasser deutlich langsamer ab als mit destilliertem Wasser. Statt fünf Minuten im destillierten Wasser werden im Salzwasser zwischen zwei und 17 Stunden benötigt.

Aber auch dieses Problem lösten die Forscher:innen: „Wir experimentierten mit Zutaten aus der Küche herum. Als wir Kaffeesatz in das Salzwasser gaben und dann die vorbehandelten Aluminium-Pellets hineinwarfen, lief die Reaktion plötzlich viele schneller ab als in reinem Meerwasser„, erläutert Kombargi. Es stellte sich heraus, dass Imidazol, ein Bestandteil des Koffeins, die Wasserstoffproduktion beschleunigt.

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Energieproduktion in der Seefahrt

„Damit hatten wir alles, was wir brauchten: „Wir können das Gallium rückgewinnen und haben dennoch eine schnelle und effiziente Reaktion„, so Kombargi weiter. Es stellte sich heraus, dass eine Konzentration von nur 0,02 Mol Imidazol ausreichte, um etwa 90 Prozent des Galliums aus dem Salzwasser zurückzugewinnen. Die Wasserstoffproduktion benötigte dabei nur noch etwa zehn Minuten. Und der Prozess ist skalierbar: „Als wir den Prozess mit Meerwasser aus dem Bostoner Hafen in größerem Maßstab wiederholten, erreichten wir ähnlich hohe Reaktionsraten, Wasserstoff-Ausbeuten und Rückgewinnungsraten des Gallium-Indiums„, so das Team.

Die Forscher:innen gehen davon aus, eine vielversprechende Möglichkeit zur Wasserstoffproduktion gezeigt zu haben, die vor allem für maritime Anwendungen wie Schiffe oder Untersee-Boote interessant sein könnte. In diesen Anwendungen ist das benötigte Salzwasser direkt verfügbar und muss nur durch die Aluminiumpellets und die anderen Rohstoffe ergänzt werden.

Das Team rechnete aus, dass ein Reaktor mit etwa 20 Kilogramm der Aluminiumpellets ausreichen würde, um einen kleinen Unterwasser-Gleiter etwa 30 Tage lang mit Wasserstoff zu versorgen. „Wir zeigen damit einen neuen Weg auf, um Wasserstoff mit Aluminium als ‚Brennstoff‘ zu erzeugen. Im nächsten Schritt wollen wir nun herausfinden, wie sich dieses Verfahren auch für Lastwagen, Züge und vielleicht sogar Flugzeuge nutzen lässt. Vielleicht könnte man dafür das nötige Wasser aus der Luftfeuchtigkeit gewinnen„, so Kombargi.

via MIT