Endlich eine Lösung für die Wasserstoff-Speicherung gefunden
Das könnte Wasserstoff als Energieträger voranbringen: Fraunhofer-Forschenden haben einen neuen Weg gefunden, um Wasserstoff in Methanol umzuwandeln – ohne große Energieverluste. Das könnte Speicherung und Transport erheblich vereinfachen.
Der neue Methanol-Reformer ist sogar deutlich kleiner als bisherige Modelle.
Foto: Fraunhofer IMM
Es vergeht kaum ein Tag, an dem keine neuen Entwicklungen zum Thema Wasserstoff bekannt gegeben werden, und das hat einen guten Grund: Sein Potenzial für die Energiewende ist enorm. Und tatsächlich führen die geballten Anstrengungen dazu, dass immer mehr Innovationen entstehen, die den umweltfreundlichen Energieträger wahrscheinlich bald in vielen Bereichen alltagstauglich machen – das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM hat jetzt einen neuen Methanol-Reformer vorgestellt, der für die mobile Anwendung gedacht ist und seine Vorgänger in den Schatten stellt.
Klimaneutrale Umwandlung von Wasserstoff in Methanol
Die Idee, Wasserstoff in Methanol umzuwandeln, ist natürlich nicht neu. Methanol lässt sich deutlich besser transportieren und vor allem lange aufbewahren. Anders gesagt: Es wäre möglich, beispielsweise über den Strom aus Solaranlagen über das Verfahren der Elektrolyse Wasserstoff herzustellen, diesen dann in Methanol umzuwandeln und in Regionen zu bringen, wo der Energiebedarf nicht durch Sonnenenergie gedeckt werden kann.
Das Kohlenstoffdioxid, das für die Methanolproduktion benötigt wird, ließe sich der Atmosphäre entnehmen. Eine Alternative wäre zum Beispiel die Verwendung von Kraftwerksgasen (Kohlenstoffdioxid-Capture). Das heißt, unterm Strich wäre es möglich, den Prozess klimaneutral zu gestalten. Denn das CO2, was bei der Rückumwandlung des Methanols in Wasserstoff freigesetzt wird, wurde der Atmosphäre zuvor entzogen.
Experte ist sicher: In 10 Jahren ist das Wasserstoffauto Normalität
Im Detail wird ein Methanol-Reformer benötigt, der zusätzlichen Wasserdampf benötigt, damit aus dem Methanol Wasserstoff wird – und Kohlenstoffdioxid. Mit einem mobilen Reformer kann das auch direkt in einem Auto passieren. Was so praktisch klingt, war in der Praxis bisher jedoch mit einigen Problemen behaftet. Zum einen werden für die entsprechenden Reaktionen Katalysatoren benötigt. Dabei handelt es sich normalerweise um Pellets aus gepresstem Kupfer-Zink-Oxid-Pulver, die in den Reaktor kommen. Ihr Abrieb verschmutzt aber die Brennstoffzelle. Außerdem läuft der ganze Vorgang viel zu langsam ab. Aber das ist noch nicht alles. Denn der Prozess büßt stark an Effizienz ein, weil die Dampfreformierungsreaktion nur mit Wärme funktioniert. Hier und an weiteren Schnittstellen geht viel Energie verloren.
Neue Katalysatoren und Form für mehr Effizienz bei der Wasserstoff-Umwandlung
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IMM haben diese Herausforderungen jetzt zum größten Teil bewältigt. Ein wichtiger Baustein war dabei eine bessere Katalysatortechnologie. „Wir setzen auf edelmetallhaltige Katalysatorbeschichtungen, bei denen keinerlei Abrieb entsteht – ähnlich wie beim Autokatalysator“, sagt Gunther Kolb, stellvertretender Institutsleiter und Bereichsleiter am Fraunhofer IMM. „Es wird daher weniger Katalysatormaterial benötigt. Da unsere Katalysatormaterialien zudem eine höhere Aktivität aufweisen, sinkt die benötigte Katalysatormasse abermals, ebenso wie die Kosten.“ Das hat einen weiteren Vorteil. Bei herkömmlichen Reformern entstehen Nebenprodukte wie Kohlenstoffmonoxid, wenn das System nicht ausgelastet sei. Das sei bei ihrem neuen Methanol-Reformer nicht der Fall, sagen die Forschenden.
Der nächste Punkt ist das Wärmemanagement. Schließlich soll die Umwandlung von Wasserstoff in Methanol und wieder in Wasserstoff auch effizient ablaufen, um den Energieträger optimal nutzen zu können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben dafür eine eigentlich recht einfache Idee in die praktische Anwendung gebracht und den Aufbau des Reformers verändert. Zunächst haben sie Plattenwärmetauscher mit dem Katalysatormaterial beschichtet und Stapel aus bis zu 200 Platten gebildet. Strömt nun das Gas darüber, hat es einerseits Kontakt mit dem Katalysator und kann andererseits in den kleinen Kanälen gut erhitzt werden. Zusätzlich nutzen die Forschenden die Abwärme, was das System insgesamt sehr effizient gestalte.
Die Illustration verdeutlich das einfache Prinzip eines Methanol-Reformers. Wasserstoff könnte über diesen Umweg gespeichert werden.
Foto: Fraunhofer IMM
Prototyp des Methanol-Reformers für Serienproduktion geeignet
Das klingt nach einem zukunftsfähigen Methanol-Reformer, der für die Wasserstoff-Anwendung eine große Rolle spielen könnte. Das Beste daran: Sein Platzbedarf liegt im Vergleich zu herkömmlichen Reformern bei gerade mal 17%. Aktuell arbeiten die Forschenden an einem Prototyp, der in wenigen Monaten fertig sein soll. „Das Projekt ist längerfristig angelegt, testweise werden verschiedene Prototypen in Landfahrzeuge integriert“, sagt Kolb. Im Blick hat er auch alternative Materialien, damit die Reformer auf lange Sicht für die Wasserstoff-Speicherung weniger Gewicht auf die Waage bringen – derzeit werden sie aus Stahl hergestellt. Leichtbaumaterialien wären laut Kolb aber ebenfalls vorstellbar.
Die Produktion lässt sich nach Angabe der Forschenden übrigens mit der Herstellung von Hochdruckwärmetauscher für Kraftfahrzeuge vergleichen. Einer Serienproduktion stünde also nichts im Wege.
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