Wasserstoffspeicher aus Magnesiumresten speichert das Gas kompakt und reversibel

Wasserstoff wird in der Energiewende eine wichtige Rolle spielen. Bei seiner Verbrennung wird kein CO2 produziert, und für seine Gewinnung wird lediglich Wasser und, im Idealfall grüne, Energie benötigt. Um Wasserstoff sinnvoll einzusetzen, sind allerdings Methoden gefragt, mit denen das Gas sicher und möglichst kompakt gespeichert und auch transportiert werden kann. Wissenschaftler:innen haben nun eine Methode entwickelt, bei der Metallabfälle aus der Industrie zum Wasserstoffspeicher umfunktioniert werden. Spezifisch geht es um Magnesiumreste, die bisher kaum recycelt werden und nun wiederverwendet werden können.

Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden

Wasserstoff kann als Brennstoff und Chemie-Rohstoff dazu beitragen, Emissionen in Bereichen wie dem Verkehr oder der Stahlindustrie und anderen Industrien zu verringern. Um das umzusetzen, muss das Gas allerdings sicher transportiert werden können. Dafür sind Wasserstoffspeicher unabdingbar.

Eine Möglichkeit zur Wasserstoffspeicherung, die derzeit untersucht wird, sind sogenannte Metallhydride. Dabei handelt es sich um reversible Verbindungen, die aus Alkali- und Erdalkalimetallen mit Wasserstoff, die dann als Feststoff vorliegen. Diese Verbindungen haben eine relativ hohe Wasserstoff-Speicherdichte und sind daher ideal geeignet, um das Gas sicher zu transportieren. Sinnvolle Einsatzgebiete für solche Speicher wäre etwa die stationäre Speicherung in Wasserstofftankstellen oder auf Schiffen. Allerdings ist sowohl der Abbau als auch die technische Herstellung von Metallhydriden relativ aufwendig und nicht besonders umweltfreundlich.

Forscher:innen rund um Maximilian Passing vom Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht haben nun eine Alternative vorgestellt. Mit ihrer Methode lassen sich hochwertige Metallhydrid-Wasserstoffspeicher auch aus Metallabfällen aus der Industrie herstellen. Dabei verwendet das Team Magnesium-Legierungen. Diese fallen etwa beim Druckguss an. „ „Für diese Legierungen, speziell mit Aluminium, existieren bisher noch keine Recycling-Wege„, so die Wissenschaftler:innen. Daher hätte die Verwendung dieser Abfälle einen doppelten Nutzen: Die Metallabfälle würden wiederverwendet und helfen bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff.

Magnesiumschrott als Speichermedium

In einem Experiment hat das Team Magnesium-Aluminium-Schrott für längere Zeit einfach liegen gelassen, um die normale Behandlung solcher Metallschrotte zu simulieren. Anschließend haben die Wissenschaftler:innen das Material in eine Industriemühle gefüllt und unter einer Argonatmosphäre zu einem feinen Pulver zermahlen.

Mehr Behandlung ist nicht notwendig, um das Abfallmetall bereit zur Wasserstoffspeicherung zu machen. Anschließend leiteten die Forscher:innen Wasserstoffgas unter 13 Bar Druck und bei einer Temperatur von 350 Grad in einen Edelstahlbehälter, der mit dem gewonnenen Metallpuder gefüllt ist. Die Metalle fordern dort den Bruch der Bindungen in den zweiatomigen Wasserstoffgas-Molekülen und gehen anschließend eine Bindung mit den Wasserstoffatomen ein. Das Ergebnis sind Magnesiumhydrid (MgH2) sowie Aluminium.

Die Wissenschaftler:innen konnten dann experimentell zeigen, dass die Aufnahmekapazität des Metallpulvers für Wasserstoff bei 5,8 Prozent liegt. Dies liegt im gleichen Bereich wie die Aufnahmekapazität von reinen, nicht aus Schrott gewonnenen Metallhydride. Zudem geht der Vorgang relativ schnell: „Das Magnesium-basierte System erreichte 90 Prozent seiner Speicherkapazität in rund zehn Minuten„, berichten die Forscher:innen.

Minutenschnelle Abgabe

Durch die Absenkung des Drucks auf 0,5 bis 1 Bar kann der Wasserstoff zurückgewonnen werden. Dadurch gibt das Metallhydrid den Wasserstoff innerhalb weniger Minuten wieder frei. Die Forscher:innen sind der Ansicht, dass Metallhydride aus Industrieabfällen eine attraktive Lösung zur Speicherung von Wasserstoff sind. Als Bonuseffekt werden Abfälle wiederverwendet, die sonst nicht recycelt werden.

„Unsere Forschung eröffnet einen neuen Weg zur Entwicklung umweltfreundlicher Materialien für Hochleistungs-Wasserstoffspeicheranwendungen. Ansätze der Kreislaufwirtschaft für die Herstellung von Wasserstoffspeichermaterialien zu nutzen, ermöglicht es uns, die Energie-Herausforderungen unserer Zeit auf eine nachhaltigere Weise anzugehen„, so Claudio Pistidda, der an dem Experiment beteiligt war.

via Helmholtz-Zentrum Hereon