Wie Nanotechnologie den Wasserstoff-Antrieb optimiert

Copyright Abbildung(en): HZG

Wasserstoff ist ein sauberer Antrieb für alternativ angetriebene Fahrzeuge, das Speichern des Wasserstoffs gestaltet sich aber noch schwierig. Materialforscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG), entwickeln Wasserstoff-Tanks auf Leichtmetall-Basis. Im Fachmagazin Nature Scientific Reports veröffentlichen sie jetzt ein neues Konzept, mit dem diese erstmals bei weniger als 180 Grad Arbeitstemperatur fünf Mal schneller beladen werden könnten.

Wasserstoff bildet eine gute Lösung für CO2-neutrale Mobilität, wenn das Gas zum Beispiel durch Strom aus Windkraft erzeugt wird. Denn mit Wasserstoff im Tank entsteht kein Gramm Kohlendioxid, sondern nur Wasserdampf. Einer der begrenzenden Faktoren für den Einsatz von Wasserstoff ist das Fehlen eines effizienten Speichersystems. Bei den heutigen Brennstoffzellenautos wird Wasserstoff in Druckgastanks mit bis zu 700 Bar Druck gefüllt. Das ist teuer und technisch anspruchsvoll. Eine vielversprechende Alternative bilden Feststoffspeicher auf Magnesium-Stickstoffbasis.

Sogenannte Magnesiumhydride als Speicher für Wasserstoff werden im Helmholtz-Zentrum Geesthacht schon seit einigen Jahren erforscht. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Drucktanks ist, dass sie bei gleichem Volumen mehr Wasserstoff und damit mehr Energie speichern können. Ein Beispiel: Mit fünf Kilogramm Wasserstoff fährt ein Brennstoffzellen-Pkw circa 500 Kilometer weit. Für fünf Kilo Wasserstoff benötigt ein Hochdrucktank ein Volumen von 122 Litern, ein Tank auf Basis von Magnesiumhydrid benötigt dafür ein Volumen von nur 46 Litern. Allerdings werden zum Beladen hohe Temperaturen von rund 300 Grad Celsius benötigt.

Um diese Temperatur zu reduzieren, fügen die Forscher Zusatzstoffe hinzu, zum Beispiel Stickstoff. Dr. Claudio Pistidda, Materialforscher am Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Abteilung Nanotechnologie und einer der Autoren der aktuellen Publikation, erklärt: „Leider führt dies oft zu einer massiven Reduzierung der Wasserstoff-Aufnahmekapazität des Systems. Wir haben daher ein neues Hydridkomposit-System entwickelt, das sich bei geringen Arbeitstemperaturen von unter 180 Grad sehr schnell beladen lässt.“

Nanopartikel beschleunigen den Tankvorgang

Herkömmlich liegt der Tankvorgang bei den Magnesium-Stickstoff basierten Hydridsystemen bei rund 30 Minuten für fünf Kilogramm Wasserstoff. Den HZG-Wissenschaftlern ist es jetzt gelungen zwei Zusatzstoffe zu kombinieren, die das Beladen und Entladen des Tanks drastisch beschleunigen: Das Element Kalium und Lithium-Titanat-Oxid. Die Wissenschaftler haben dafür in Spezialmühlen Kalium und Titanat gemeinsam mit dem Magnesium-Stickstoff-System zu winzigsten Nanopartikeln gemahlen. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche der einzelnen Partikel, wodurch diese mehr Wasserstoff binden.

HZG-Doktorand Gökhan Gizer hat unzählige Experimente für die Studie durchgeführt. Ihm gelang jetzt nach drei Jahren der Durchbruch: Die Materialforscher konnten in dieser Studie zeigen, dass Kalium-Lithium-Titanat-Nanopartikel als Katalysatoren das Beladen mit Wasserstoff im Magnesium-Stickstoff-System beschleunigen. Gökhan Gizer erklärt: „Wir haben damit ein System erfunden, durch das der Tankvorgang etwa fünf Mal schneller abläuft als ohne Kalium-Lithium-Titanat.“

Generell hängen das Laden und Entladen des Metallhydridspeichers vom Wärmetransport, von der Bewegung des Gases durch das Hydrid sowie die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Hydrid ab. Diese Vorgänge im Detail zu kennen, bildet die grundlegende Forschung der Wissenschaftler. Eine Grundlagenforschung mit echtem Mehrwert: „Mit den Ergebnissen dieser Studie kommen wir einen großen Schritt weiter in Richtung konkurrenzfähige Speicher“, erklärt Dr. Claudio Pistidda.

Die Wissenschaftler in der Abteilung Nanotechnologie arbeiten nun an dem Ziel, die Reaktionskinetik dieser neuen Materialien zu optimieren und für den technischen Einsatz im Fahrzeug zu qualifizieren.

Quelle: Helmholtz-Zentrums Geesthacht — Pressemitteilung vom 07.01.2020

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Wieder so eine tolle Überschrift
„Wie Nanotechnologie den Wasserstoff-Antrieb optimiert“
Optimiert wird ein Produkt, dass schon gut ist und die Optimierung ist der Feinschliff.

An h2 ist nichts zu optimieren – das Konzept ist von Grund auf untauglich. Das zu erläutern und zu begründen ist müßig denn es ist hier schon zig mal gemacht worden und eine Wiederholung wird von den h2-Fans sowieso nicht wahrgenommen.

h2-antrieb zu optimieren ist wie das Schminken einer Leiche – nett aber sinnlos.
Ich halte das Gebastel am h2-antrieb sogar für kontraproduktiv: Es zieht Mittel von der BEV-Entwicklung ab und verzögert die Einführung.

Genau so ist es, der ewig sinnlose Versuch den Verbrenner PKW mit solchen Meldungen etwas länger am Leben zu halten.
Solch aufwendige Spezialtechnologie macht nur bei aufwendigen Spezialanwendungen Sinn – im Alltag wirtschaftlich vollkommen uninteressant.

750 kg Batterie in einem Tesla sind also fortschrittlich… Bei allem was größere Reichweiten und große Fahrzeuge angeht sind batteriebetriebene Fahrzeuge sinnfrei und ökologisch ein GAU. Wasserstoff aus Wind- und Sonnenenergie deutlich ökologischer. Hätte die deutsche Industrie auch hier nicht den Trend verschlafen sondern parallel geforscht (Wasserstoff und Batterie) wäre die deutsche Industrie nicht wieder massiv im Hintertreffen (Toyota, Hyundai 2. Generation Wasserstoffautos auf dem Markt). Engstirnigkeit und Fokussierung auf eine Sache haben noch nie Fortschritt gebracht.

Im ersten Moment gedacht, jo, das gleiche wie die Össi-Ingenieure mit dem Model 3 als Hybriden umbauen. Verplempern von Ressourcen.
Ich finde das Arbeiten an der Energieeffizienten Herstellung ja nicht schlecht. Wasserstoff ist in vielen Bereichen ein Gewinn für die Umwelt. Solange man damit schwere Lasten transportieren kann. Sprich Schiffahrt und LKW. Aber bitte haltet den PKW erst einmal da raus.
Obwohl einen Ansatz hatte einst ein Phillipino bei seinem Toyota geschafft, was Wissenschaftler und Ingenieure nicht einmal zu denken gewagt haben. Inklusive Tesla und Einstein. Obwohl die beiden das beim Frühstück schon mal durchdacht haben könnten. Weiß ich aber nicht.
Der hat eine Minireaktion kurz vor dem Einlassventil erzeugt und seine alten Japaner damit angetrieben.
Es geht wohl mit viel Volt und wenig Ampere, bei einer kleinen Menge Wasserstoff.
Das coole ist also, er hat es geschafft, mit klarem Wasser im Tank und den Wasserstoff direkt im Fahrzeug zu erzeugen. Hat selbst die AMS berichtet.
Leider Ist der Mann tot und der Wagen nicht aufzufinden.
Das würde sogar ein Comeback des Verbrenners beinhalten.
Habe leider keine Zeit und Mittel, das zu recherchieren.
Aber das wäre mal ein Knaller.

Die Elektro Mobilität ist da nur wir haben mal wieder den Anschluß verpasst lasst euch von den Medien nicht für blöd verkaufen

Als ich das erste Mal auf diesen Blog gestossen bin, habe ich mich sehr gefreut, endlich ein Blog bei dem sich fortschrittliche Kräfte tatsächlich auch über die Elektromobilität unterhalten und auch ich recht viel zusätzliches lernen kann und das tue ich auch sehr.

Wie gesagt heisst der Blog der „unter elektroauto-news.net“ geführt wortwörtlich „Nachrichten über Elektromobilität & Elektroautos“.

Vielleicht könnte man ein Untermenü einrichten zum Thema „Diskussionswettbewerb zu anderen Mobilitätsformen. Enddatum 2100“. Dann können sich dort alle und ganz legitim natürlich bis fast zum Sankt Nimmerleinstag unterhalten, ob vielleicht ein „Luft-Wasserstoff-Benzin-Diesel-Synthetischer Hybrid“ das richtige im Jahr 2120 sein könnte, aber eine möglichst ingenieurmässig komplizierte Form muss es dann schon sein. Nur keine Batterie darf das Teil haben. Unterdessen können diejenigen dann immer noch ihre Verbrenner und ähnlichen Fahrzeuge spazieren führen, während 95% bereits ein fast ganzes Jahrhundert elektrisch unterwegs sind und unentwegt an der Klimakriese arbeiten.

Und die anderen könnten eine fruchtbare Auseinandersetzung zum Thema Elektromobilität führen.

Spannend wie wenig zukunftsorientiert hier viele argumentieren. Deshalb habe ich geschrieben, dass es gut gewesen wäre wenn die deutsche Industrie rechtzeitig angefangen hätte auch im Wasserstoffbereich zu forschen. Dann wären wir heute schon deutlich effizienter. Das wird kommen. Ein Schweizer Start Up hat eine Solar/Wasserstofftankstelle entwickelt (Das ist sauber!). Es gibt ein Selbstversorger Stromsystem für zu Hause Solar/Wasserstoff (HPS Picea). Und somit wird das Thema Wasserstoff an Fahrt gewinnen und für alles was größer und schwerer ist als ein Elektro Smart, den ich fahre, in Zukunft relevant werden. Die Batterien werden natürlich auch besser, ohne Frage, aber die Rohstoffe werden nicht mehr (Lithium und Kobalt…) und die Abbaubedingungen gehen zu Lasten der ärmeren Länder.

Ich denke, dass die Wasserstofftechnik das Festhalten an alten Systemen ist. Kann sein, dass der schlechte Wirkungsgrad bei der Wasserstoff-Herstellung irgendwann besser wird, aber das werden Batterien bzw Akkus auch. Und gerade der Bereich Metall Luft Batterien hat meiner Ansicht nach noch sehr viel Potenzial. wahrscheinlich sogar als Saisonspeicher. Denn die Batterie muss ja nicht unbedingt da geladen werden, wo sie entladen wird, denkbar wäre es auch, dass die Elektroden woanders und in einem separaten Prozess regeneriert werden. So könnte man Sonnenstrom vom Sommer für den Winter aufheben, und auch eine Ausnutzung der Erzeugungsspitzen erreichen.
Es ist amüsant, das geglaubt wird, eine Wasserstoffinfrastruktur könne problemlos geschaffen werden, aber im Ausbau des Stromnetzes wird ein Riesenproblem gesehen…

Ich wette mit dir, dass Toyota ab 2025 mit ihrer Feststoffzelle richtig durchstartet und die Brennstoffzelle nur noch nebenher laufen lassen wird. Die Kosten wird nämlich keiner in den Griff kriegen. Das gilt auch für die Produktionskosten von Wasserstoff. Überschüsse hin oder her. Der Druckaufbau braucht genauso Strom wie jetzt die Idee alles auf 180 Grad zu erhitzen. Wie will man da jemals mit Benzin konkurrieren.

Und vielleicht bin ich ja dumm, aber hätte ich einen Windpark und ein Wasserstoff-Produzent will meine Überschüsse kostenlos anstatt, dass ich das Windrad abschalte, warum sollte ich das machen? Im Gegenteil. Ich würde mir überlegen wie ich die Energie selbst speichern kann, um sie später verkaufen zu können. Und es gibt ja bereits zig Lösungen, Schwungrad, Druckluft, Wärmespeicher, Wasserpumpspeicher, usw und alle sind effizienter als die Produktion von Wasserstoff.

Hier sind viele Meinungen vertreten. Und jeder versucht seinen Standpunkt zu vermitteln. Man kann doch über alles Diskutieren, sollte aber auch die Meinung des anderen respektieren..
Zum Thema Wasserstoff möchte ich diesen Link einstellen.
https://www.google.com/amp/s/www.golem.de/news/energiewende-norddeutschland-wird-h-2001-145985.amp.html
Kurz zusammen gefasst, mit der Energie die 2017 von den Windparks im Norden nicht eingespeist werden konnte, hätte man mit Wasserstoff 16 000 Busse ein Jahr lang betrieben können. CO2 Neutral, und ich denke es unseren Planten egal ob ein BEV oder ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle das CO2 einspart. Und darum geht es.

An Egon Meier, speziell.
Das was hier beschrieben wird, gibt es bereits. Der Metallhydridspeicher. Der Raumbedarf zwischen Batterie und Wasserstoff ist beeindruckend. Drei Feuerlöscher grosse Patronen speichern soviel wie ein Raum voller Batterien 3x5m. Das Betanken dauert 5 Minuten. Der Wasserstoff muss nicht mehr auf 700bar komprimiert und Dekompressioniert werden. Dieser Energiebedarf entfällt auch. Geht über Wärme. Der Wasserstoff muss auch nicht mehr Transportiert werden, wir und kann vorort erzeugt werden. Folglich keine Transporte. Besser als das jetzige, mit dem Treibstoff.
Bitte den Bericht:
http://Www.//nzz.ch/wissenschaft/epfl-forscher-entwickeln-wasserstoff für zuhause. Nachlesen.(Publikation Sept. 2019)
Denke Herr Meier sind da etwas auf den veralteten Wissenstand. (Auch der Redaktor dieses Artikel)
Laufende, funktionierende Anlage mit den Vergleichen ist bereits in Sitten (Sion CH) zu besichtigen. (Nicht nur theoretisch)
Bitte bei EPFL Hr. Züttel melden. Oder bei der Fa. Messer, Schweiz AG.

Die Häme gegenüber der Wasserstofftechnologie ist mir unverständlich!
Vermutlich reicht der Horizont nicht weiter?

Natürlich hätte die Autoindustrie schonseit mindestens 20 Jahren die Elektrifizierung einleiten müssen.
Aber wie bei Kohle und Atomstrom geht es halt um viel Geld – und da geht man über Leichen.
Die Schuldigen gehören heute noch vor ein Gericht.
Und genau so hat man die mobile Elektrifizierung versucht zu verhindern – duchr Spott, durch Falschaussagen etc. etc. – sogar der ADAC (bekommt ja viel Werbeaufträge aus der Autoindustrie) hat jahrelang nur Spott für das E-Auto übrig gehabt – anstatt die Verhinderer ohne Visionen für die Zukunft zu verspotten – nein man ist Komplze der Betrüger geworden.

Beim ADAC gibt es sogar ladekarte zu einem guten Preis.

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