Pilotprojekt: Wasserstoff aus der Dose

Pilotprojekt: Wasserstoff aus der Dose

Copyright Abbildung(en): Fraunhofer IFAM

Die Ära von Motoren mit fossilen Kraftstoffen neigt sich dem Ende entgegen. Das Akku-Auto gewinnt an Fahrt – einer der großen Hoffnungsträger für die Zukunft ist indes der Wasserstoff. Üblicherweise wird er mit gewaltigen 700 bar in Drucktanks gepresst. Von dort aus strömt er in eine Brennstoffzelle, wird zu Strom umgewandelt und treibt so einen Elektromotor. Im Alltag funktioniert das längst. Einige hundert Wasserstoff-Pkw wie Toyota Mirai oder Hyundai Nexo fahren bereits auf Deutschlands Straßen, die Schweiz setzt verstärkt auf H2-Lastwagen.

Noch allerdings ist das Tankstellen-Netz großmaschig – auch wenn es in den nächsten drei Jahren von derzeit 100 auf 400 Zapfsäulen erweitert werden soll. Kleinfahrzeugen nutzt der Ausbau aber wenig: Der Druckstoß beim Tanken wäre zu groß. Keine Chance also für Wasserstoff bei E-Scooter und Co.?

Hoffnung kommt vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Dresden. Dort haben Forschende die auf Magnesiumhydrid basierende „Powerpaste“ entwickelt. „Mit ihr lässt sich Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck chemisch speichern und freisetzen“, schwärmt IFAM-Wissenschaftler Dr. Marcus Vogt. Das sei sogar unkritisch, wenn der Roller in der prallen Sonne steht, weil sich die Powerpaste erst oberhalb von 250 Grad zersetzt. Den Tankvorgang beschreibt Vogt als denkbar einfach: „Man wechselt eine Kartusche, füllt zusätzlich Leitungswasser in einen Tank – fertig.“ Die Kosten für eine Füllung stehen allerdings noch nicht fest.

Ende des Jahres soll eine Pilotanlage in Betrieb gehen. Ausgangsmaterial der Powerpaste ist Magnesium – eines der häufigsten Elemente überhaupt. Bei 350 Grad und leichtem Druck wird es mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid umgesetzt sowie mit Ester und Metallsalz angereichert. Um das Fahrzeug anzutreiben, drückt ein Stempel die Paste aus der Kartusche. Zusammen mit dem Wasser entsteht gasförmiger Wasserstoff.

Die Energiespeicherdichte ist wesentlich höher als bei einem 700-bar-Drucktank. „Verglichen mit Batterien liegt sie sogar zehn Mal so hoch“, sagt Vogt. Damit lässt sich mit der Powerpaste eine ähnliche Reichweite erzielen wie mit der selben Menge Benzin. Auch beim Reichweiten-Vergleich mit komprimiertem Wasserstoff schneidet die Powerpaste nach Angaben des Fraunhofer-Institus besser ab.

Das macht die neue Technologie auch für Autos, Zustellfahrzeuge oder Range Extender interessant. Sogar große Drohnen könnten ihre Reichweite deutlich erhöhen und so statt 20 Minuten mehrere Stunden in der Luft bleiben. Hilfreich sei das vor allem bei der Überprüfung von Wäldern oder Stromtrassen. Beim Camping könnte die Powerpaste via Brennstoffzelle Strom liefern.

Und noch ein Plus sehen die Wissenschaftler in Dresden: Während gasförmiger Wasserstoff eine teure  Infrastruktur erfordert, lässt sich die pumpbare Paste überall einsetzen. So könnte jede beliebige Tankstelle Nachschub in Kartuschen oder Kanistern anbieten – und das laut Vogt mit Investitionen von einigen zehntausend Euro. Zum Vergleich: Normale Wasserstoff-Tankstellen kosten pro Zapfsäule etwa ein bis zwei Millionen Euro. Auch der Transport wäre deutlich billiger, weil aufwändige Drucktanks oder Tiefkühlung entfallen.

Quelle: Fraunhofer-Institut – Wasserstoffantriebe für E-Scooter und Co.

Über den Autor

Wolfgang Plank ist freier Journalist und hat ein Faible für Autos, Politik und Motorsport. Tauscht deshalb den Platz am Schreibtisch gerne mal mit dem Schalensitz im Rallyeauto.

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Nur nicht erwähnen das bei Null Grad ein kleines Problem besteht mit der Festigkeit…

…vor allem, wenn man auch noch diesen Satz liest:

„Der Tankvorgang gestaltet sich laut den Fraunhofer-Forschenden denkbar einfach: Statt eine Tankstelle anzusteuern, wechselt der Roller-Fahrer einfach eine Kartusche und füllt zusätzlich Leitungswasser in einen Wassertank.“

Aus:
Fraunhofer-Institut entwickelt Paste zur Wasserstoff-Speicherung – electrive.net

Vielleicht ein Anwendungsgebiet für die Luftfahrt. (Durch das benötigte Wasser fällt die effektive Leistungsdichte aber wieder ab. Interessant bliebe der Sicherheitsaspekt gegenüber Kerosin) Alle anderen werden beim Anblick des Preisschildes dankend abwinken. Der Energiebedarf, um aus dem Magnesiumhydroxid wieder Magnesium und daraus Magnesiumhydrid herzustellen, ist nicht eben gering. Vorher sollten noch „Ester und Metallsalz“ abgetrennt werden.

Aus der Einleitung zum Artikel:

[…] einer der großen Hoffnungsträger für die Zukunft ist indes der Wasserstoff. […] Im Alltag funktioniert das längst. Einige hundert Wasserstoff-Pkw wie Toyota Mirai oder Hyundai Nexo fahren bereits auf Deutschlands Straßen, […]

Da muß ich für den Alltag meinem Namensähnlichen aber deutlich widersprechen:
Der Wasserstoff-PKW ist tot, mausetot – auch wenn es immer noch nicht jeder gemerkt hat!

  • Zuviel Raumverbrauch und Gewichtszuwachs im PKW
  • Zuviel aufwendige, wartungsintensive Technik, alterungsanfällig
  • nach wenigen Jahren entsteht schon ein galoppierender Wertverlust
  • Viel, viel zu hoher Energieverbrauch (=Kosten) bei der H2-Herstellung
  • Weitaus zu hohe Kosten einer Verteilung von H2 in der Fläche … uswusf.

Bestenfalls schaffen Fahrzeuge wie Mirai oder Nexo ca. 600 km Reichweite in der Praxis – mit den Fortschritten in der Akkutechnik, die bis Ende ’22 verfügbar sind, werden BEVs die 800 km-RW überschreiten können – da fällt die allerletzte Rechtfertigung für H2-PKW in sich zusammen!

Wasserstoff braucht etwa die 3-fache Strommenge, aber da die Hälfte des Wasserstoffs vom normalen Wasser kommt, nur die 1,5-fache Strommenge für den Wasserstoffanteil – wohl eine Milchmädchen-Rechnung.

Das A und O ist der Preis bzw. wieviel Gratisstrom und / oder fossile Energie für die 350°C und die Verarbeitung zur Paste wird gebraucht, um 1 kWh an Strom für den E-Motor bereit zu stellen?

Nachtrag:

Bei der Wasserstoffpaste wäre auch interessant zu wissen was als Endprodukt übrig bleibt und was möglicherweise als Abgas in die Luft geblasen wird.

Ausgangsmaterial der Powerpaste ist Magnesium – eines der häufigsten Elemente überhaupt. Bei 350 Grad und leichtem Druck wird es mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid umgesetzt sowie mit Ester und Metallsalz angereichert. Um das Fahrzeug anzutreiben, drückt ein Stempel die Paste aus der Kartusche. Zusammen mit dem Wasser entsteht gasförmiger Wasserstoff.

Kann man das Magnesium zurückgewinnen oder wäre Recycling teuerer als neues Magnesium?

Es gibt Ester von organischen Säuren (z. B. Carbonsäuren wie Essigsäure, Sulfonsäuren) und solche von anorganischen Säuren (z. B. Phosphorsäure, Schwefelsäure, Borsäure, Kohlensäure).

Quelle: Wikipedia)

Welche Verbindungen entstehen, wenn Magnesium, Säuren und Metallsalz (welche Metalle?) miteinander reagieren?

Ganz wichtig ist der Preis pro kWh – sonst hätte man zwar kleine H2-Tanks, aber teueren Wasserstoff.

Ist doch ein interessanter Ansatz. Damit wäre zumindest das Problem des Transportes und der Lagerung gelöst. Das Ganze ist aber noch auf Basis von Entwicklungen in der Forschung. Ob diese Form der Bindung von Wasserstoff wirtschaftlich darstellbar ist, muss sich noch zeigen.

Was geschieht mit dem eingesetzten Trägermaterial Magnesium, Ester und den Metallsalzen? Magnesium ist immerhin in Verbindung mit Luft hochgradig endzündlich. Jeder kennt doch noch die spektukalären Feuerwerke mit Magnesium aus der Schulzeit aus dem Chemieunterricht. Schafft man sich damit vielleicht das nächste problematische Abfallprodukt?

Last edited 7 Monate zuvor by Bernhard

Ich sehe schon wie die Leute in den Baumarkt rennen um Wasserstoffkartuschen zu kaufen.
Der Traum vom Wasserstoffauto wird ein Traum bleiben.

Einerseits interessanter Ansatz – andererseits zeigt es wieder deutlich wie unausgereift die Technik rund um den Wasserstoff ist.
Hauptsache man stellt jetzt für Milliarden von EUR H2-Tankstellen in Europa auf – für ein paar tausend Fahrzeuge und dann kommt man drauf, dass diese Technologie die bessere wäre.

Der schlechte Wirkungsgrad von Wasserstoff wird bei dieser Technik nicht viel anders aussehen – vermute ich.

Macht nichts – noch mal ein paar Milliarden Euro für den nächsten Feldversuch… etc.… etc.

Zumindest die Ladestationen für BEV, die vor 10 Jahren aufgestellt worden und jetzt aufgestellt werden, werden eine längere Haltbarkeit und Verwendbarkeit haben. Denn der Strom für den Antrieb wird auch in 50 Jahre von der techn. Rezeptur noch gleich sein (außer hoffentlich Atom- und Fossilfrei ;-).

Hier noch ein gutes Interview, was ich zum Thema gefunden habe.
https://elektroautor.com/wasserstoff/

Ruhig mal die Fraunhofer weiter machen lassen. Schliesslich ist auch die Batterietechnik immer noch in der Verbesserung. Und hört doch endlich auf, den H2 Einsatz immer wieder vom Einsatz bei PKW s abzuleiten und schlecht zu reden. Da spielt man in einer anderen Liga. Verluste gibt es überall im Leben. Die Schlussrechnung gilt.
Als Vergleich, ein Auto das beim Laden 5% mehr Ladeverluste hat als andere die doppelt so teuer sind, ist trotzdem wirtschaftlicher.

[…] Und hört doch endlich auf, den H2 Einsatz immer wieder vom Einsatz bei PKWs abzuleiten und schlechtzureden [sp!].

Vorweg: H2 wird in einigen Bereichen, in denen Strom (statt Kohle oder Öl) nicht unmittelbar/zweckmäßig anwendbar ist, auch als H2-Brennstoffzelle sinnvoll sein können.

Aufhören darauf hinzuweisen aber erst
–> sobald Du mal aufhörst, Wasserstofftechnik wie in „H2-Tank-Schlachtschiffen“ – z.B. Toyota Mirai e.a. – immer wieder schönzureden!

Merke:

  • Tonnen-schwere,
  • Innenraum-magere,
  • Anschaffungs-teuere,
  • Zuladungs-schwache,
  • Betriebskosten-fressende,
  • Wartungskosten-schluckende, [tbc.]

H2-PKWs und – jetzt auch Transporter – sind (zumind. in der EU) doch bald mausetot!

wie viele Wasser braucht es dann für welchen Energieertrag?
Ist das für ein Passagierflugzeug denkbar, denn nur da ist diese teure Technologie vorstellbar, die Batterien werden ja auch imemr besser und preiswerter! .

Tja, mit der Fettpresse tanken, tanken wäre auch möglich.Wenn da was neben aus geht, sieht man es gleich .Beim sehr leichten Gas von H2 müssen die Fittiche bei dem hohen Druck schon festsitzen, und der Tank stabil sein.

Wolfbrecht , Der Mirai und die von Hyundai sind Pkw s, die wollen wir hier gar nicht über Schellenkönig loben. In dem Bereich ist batterieelektrisch z. Zt. besser. Schlachtschiffe und Militär Uboote haben Raketenantrieb, und von denen reden wir hier auch nicht. Pass auf dass du nicht bald mausetot bist. Mit Deiner rückständigen Denkweise würdest du diese Entwicklung, die für den Schwerverkehr geplant ist, auch wieder verschlafen, ähnlich wie dies einigen eingesessenen Automobilfirmen in der E Mobilität ergangen ist.Ich fahre seit 10 Jahren elektrisch, nun das 3. Auto. Noch keiner war weder ein Mirai noch einer aus Korea.

Schlachtschiffe und Militär Uboote haben Raketenantrieb, …

Nur damit hier keine „alternative Fakten“ in die Welt gesetzt werden.

U-Boot.

Großmächte fast gänzlich auf den Einsatz von Atom-U-Booten verlegten, blieb es kleineren Marinen (hauptsächlich Deutschland, Italien, Schweden und Niederlande) überlassen, die Technik für konventionell betriebene U-Boote weiterzuentwickeln. Momentaner Stand der Technik ist die Einführung außenluftunabhängiger Antriebsanlagen, beispielsweise in Form von Brennstoffzellen, Kreislaufantrieben oder Stirlingmotoren.

Flugzeugträger.

Die modernen US-Träger sowie die französische Charles de Gaulle beziehen die Energie für ihre Dampfturbinen aus mehreren (meist zwei) Druckwasserreaktoren, wodurch sie eine sehr große Leistung und Reichweite haben. Alle anderen Flugzeugträger werden konventionell mit Kesseln oder Gasturbinen angetrieben. Mit bis zu vier Propellern erreichen sie eine Geschwindigkeit von über 30 Knoten.

(Quelle: Wikipedia)

Strauss: U-Boote haben Wasserstoff und Sauerstoff an Bord und haben E-Antriebe mit Brennstoffzellen, damit sie leise sind. Und die Brennstoffzelle kommt von Siemens. Weißt Du als H2-Fan das nicht?
Hoffentlich kommen sich im Gefecht Wasserstoff und Sauerstoff nicht zu nahe: KaWumm!

Wem sagst du das, erkläre dies besser den H2 Gegnern Daniel und Wolfbrecht….

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