Neue Flüssigkeit soll Wasserstoff-Speicherung vereinfachen

Forscher der EPFL und der Universität Kyoto haben eine stabile wasserstoffreiche Flüssigkeit hergestellt, mit der die Speicherung und der Transport von Wasserstoff bei Raumtemperatur einfacher, sicherer und effizienter werden könnte.

Quelle: Charles Brongniart, unsplash

Die neue Flüssigkeit könnte den Transport und die Speicherung von Wasserstoff vereinfachen. (Schmuckbild)

Wasserstoff könne der saubere Treibstoff der Zukunft sein, heisst es in einer Mitteilung der EPFL von Dienstag. Es sei aber nicht einfach, ihn vom Labor in den Alltag zu bringen. Die meisten wasserstoffreichen Materialien sind bei Raumtemperatur fest oder sie werden nur unter hohem Druck oder Gefriertemperaturen flüssig.

Selbst Materialien wie Ammoniakboran seien in dieser Hinsicht schwierig, weil sie Wasserstoff nur bei Erhitzung freisetzten und dabei oft unerwünschte Nebenprodukte entstünden. Abhilfe schaffen könnte die Herstellung einer wasserstoffreichen Flüssigkeit, die auch bei normalen Temperaturen stabil bleibt, schreibt die EPFL.

Damit könnte die Speicherung und der Transport erleichtert werden. Gemäss Mitteilung gibt es auch bereits Bestrebungen, die Wasserstoffspeicherung zu verbessern, indem die chemische Zusammensetzung der derzeitigen Speichermaterialien verändert oder Stoffe hinzufügt werden, die eine leichtere Freisetzung des Wasserstoffs ermöglichen.

Neue Flüssigkeit auf Hydridbasis

Ein vielversprechender Bereich dafür seien tief eutektische Lösungsmittel (DES), das heisst Mischungen, die bei niedrigeren Temperaturen schmelzen als ihre Bestandteile. Dies sei für die Speicherung wichtig, da DESs feste wasserstoffreiche Materialien bei viel niedrigeren Temperaturen in leicht zu handhabende Flüssigkeiten verwandeln könnten.

Laut der EPFL wurden bislang aber in keinem dieser DESs Hydridkomponenten verwendet, die besonders wasserstoffreich sind und neue Möglichkeiten eröffnen könnten, mehr Wasserstoff in flüssiger Form zu speichern. Diesem Umstand haben sich Wissenschaftler um Andreas Züttel an der EPFL und Sathoshi Horike an der Universität Kyoto angenommen.

Das Team hat in der Folge das erste Beispiel für ein DES auf Hydridbasis entwickelt: eine transparente, stabile wasserstoffreiche Flüssigkeit, die bei Raumtemperatur flüssig bleibt. Das neue DES kann bis zu 6,9 Gewichtsprozent Wasserstoff enthalten und übertrifft damit laut EPFL mehrere technische Ziele für die Wasserstoffspeicherung.

Richtige Mischung gefunden

Zur Herstellung des neuen DES mischten die Forscher Ammoniakboran und Tetrabutylammoniumborhydrid in unterschiedlichen Mengen, um festzustellen, welche Kombinationen bei Raumtemperatur flüssig bleiben würden. Das richtige Verhältnis (zwischen 50 und 80 Prozent Ammoniakboran) ergab eine stabile Flüssigkeit, die amorph blieb – sie bildete auch bei kalten Temperaturen keine Kristalle mehr.

Tests zeigten, dass die neue Flüssigkeit Wasserstoff freisetzen konnte, wenn sie auf nur 60 Grad erhitzt wurde. Das sei viel niedriger als bei den meisten wasserstoffreichen Feststoffen. Das neue DES könnte laut der EPFL daher die Lagerung und den Transport von Wasserstoff wesentlich einfacher und sicherer machen.

Durch Mischen von Ammoniakboran mit Tetrabutylammoniumborhydrid entsteht eine neue, wasserstoffreiche Flüssigkeit, die unter normalen Bedingungen nicht kristallisiert. Der Glasübergang, das heisst der Zeitpunkt, an dem die Flüssigkeit glasig wird, liegt bei minus 50 Grad und damit weit unter Bedingungen im Alltag.

Nicht auf Hochdrucktanks angewiesen

Das Gemisch bleibt laut der EPFL wochenlang stabil, wenn es trocken gelagert wird und weist eine niedrige Dichte auf. Beim Erhitzen werde reines Wasserstoffgas bei relativ tiefen Temperaturen freigesetzt, ohne dass viele Verunreinigungen entstünden. Lediglich der Ammoniak-Boran-Anteil zerfalle zuerst, was bedeute, dass Teile des Gemischs wiederverwendet werden könnten.

Statt auf Hochdrucktanks oder sehr kalte Flüssigkeiten angewiesen zu sein, könnte die Industrie so stabile und einfach zu handhabende Wasserstoffträger verwenden, hält die EPFL fest. Weiter könnten die Ergebnisse auch zu neuen massgeschneiderten Flüssigkeiten bei der chemischen Produktion oder im Bereich von grüner Energie führen.

Die Arbeit wurde kürzlich in der Zeitschrift «Advanced Materials» veröffentlicht. Neben der EPFL und der Universität Kyoto trugen auch Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) sowie das Vidyasirimedhi-Institut for Science and Technology aus Thailand dazu bei. (mgt/pb)