Eis als Wasserstoffspeicher Einlagerung unter moderatem Druck
Bisher gibt es noch kein Material, um Wasserstoff effizient zu speichern. Obwohl Leichtmetalle und zahlreiche andere Materialien das Gas aufnehmen können, erfüllt noch keines dieser Speichermedien alle technischen Anforderungen. Mal dauert es zu lange, bis das Gas aufgenommen oder abgegeben wird, oder die Speicherkapazität reicht nicht aus. Eine mögliche Alternative zu diesen Materialien ist gewöhnliches Eis. Durch eine Versetzung des Wassers mit organischen Molekülen ist es koreanischen und kanadischen Forschern gelungen, rund vier Gewichtsprozente Wasserstoff in einem Käfig aus Eis einzulagern.
Schon lange ist bekannt, dass bei dem gewaltigen Druck tief unter der Meeresoberfläche gefrorenes Methan-Hydrat vorliegt. In diesem eisartigen Hydrat sind die Gasmoleküle von käfigartigen Hüllen aus Wassermolekülen umschlossen. Anstelle von Methan können die Käfige auch andere Moleküle wie Wasserstoff beherbergen. So nimmt reines Eis fünf Gewichtsprozent Wasserstoff auf. Allerdings bildet sich das Wasserstoff- Hydrat nur unter extrem hohem Druck von 2000 bar. Damit ist es für eine technische Nutzung ungeeignet.
Setzt man dem Wasser beim Gefrieren geringe Mengen der organischen Chemikalie Tetrahydrofuran (THF) zu, so reicht schon ein deutlich kleinerer Druck von 120 bar für die Bildung des Hydrats aus. Allerdings wird dieser Vorteil mit einem geringeren Speichervermögen erkauft, weil die grösseren Hohlräume im Eis nun von organischen Molekülen besetzt sind. Daher kann das organisch dotierte Wasserstoff-Hydrat nur zwei Gewichtsprozent Wasserstoff aufnehmen.
Huen Lee, John A. Ripmeester und ihre Kollegen vom Korea Advanced Institute of Science and Technology in Daejeon und vom National Research Council in Ottawa haben nun das Speichervermögen von THF-Hydrat bei gleichem Druck auf vier Gewichtsprozent Wasserstoff gesteigert. Dazu untersuchten sie, wie sich die eingelagerten Gasmoleküle von THF und Wasserstoff auf die kleinen und grossen Hohlräume im Eis verteilen. Es stellte sich heraus, dass Wasserstoff-Hydrat auch dann bei niedrigem Druck entsteht, wenn nur wenige grosse Hohlräume von organischen Molekülen besetzt sind. Als die Forscher den THF-Gehalt im Eis daraufhin auf ein bestimmtes Mindestmass verringerten, konnte sich zusätzlicher Wasserstoff in den grossen Käfigen einlagern.
Wasser und THF wären deutlich billiger als andere Speichermaterialien. Allerdings müsste das THF-Wasserstoff-Hydrat gekühlt werden. Zudem dauert das Beladen von kompaktem THF- Hydrat mit Wasserstoff viel zu lang. Die Forscher hoffen, dass das Gas deutlich schneller in die Hohlräume eindringen kann, wenn die Masse aus THF und Wasser während des Gefrierens verrührt wird. Dann sollten sich kleinere Eiskristalle mit vergrösserter Oberfläche bilden. Da es zahllose andere organische Molekülsorten gibt, sollte es zudem gelingen, die Speicherkapazität des Wasserstoff-Hydrats noch zu optimieren.
(Quelle:
http://www.nzz.ch/2005/04/13/ft/articleCPUZ1.html (Archiv-Version vom 13.04.2005))
Die Wahrheit ist seltsamer als die Fiktion, weil die Fiktion Sinn machen muss.
