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Forschung an der MontanuniDer Wasserstoff-Tank aus Orangenschalen

An der Montanuniversität Leoben arbeitet man am Wasserstofftank von morgen. Speziell präparierte Aktivkohle aus organischen Abfällen und Platin spielen dabei eine Hauptrolle.

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An der Montanuni Leoben werden Wasserstofftanks entwickelt, die das Gas in winzigen Poren speichern © Montanuni Leoben
 

Wenn heute über neue, bessere Werkstoffe geredet wird, darf man weniger an ganz neue Materialien denken. Es geht eher darum, Werkstoffe mit zusätzlichen Eigenschaften zu versehen. Damit befasst sich seit vielen Jahren das Departement für Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben. Eine der faszinierendsten Vorhaben, die unter Leitung von Professor Christian Mitterer einen Schwerpunkt bilden, ist die Entwicklung von Materialien zur Speicherung von Wasserstoff – eine Voraussetzung für grüne Wasserstoffantriebe. Der Wasserstoff wird dabei in die Struktur einer Trägersubstanz aufgenommen und muss nicht (wie heute üblich) auf 700 bar komprimiert werden.

„Wir beschäftigen uns mit der Aktivierung von Oberflächen von Aktivkohlepulver, um dort Wasserstoffatome einzulagern.“ Wichtig bei der Methode ist eine große Oberfläche, an der der Wasserstoff „andocken“ kann. Ein Gramm dieses Kohlenstoffs hat eine Oberfläche von 2000 bis 3000 Quadratmetern – „etwa ein halbes Fußballfeld“. Die Poren sind 0,5 bis 0,6 Nanometer klein, das ist ein Millionstel eines Millimeters – ein Haar ist etwa 100.000 Nanometer breit.

Montanuni/KK
Professor Christian Mitterer © Montanuni/KK

Mitterer und sein Team arbeiten mit mehreren Partnern international zusammen. Das Kohlenstoffpulver entsteht aus organischen Abfallprodukten, besonders geeignet sind etwa Abfallprodukte aus der Kaffeeherstellung. Auch Teeblätter und Orangenschalen sind sehr geeignet.

Doch das allein reicht nicht. Dieses Kohlenstoffpulver muss zusätzlich „aktiviert“ werden, sozusagen besonders „empfänglich“ werden für den Wasserstoff. Dies passiert, indem gezielt bestimmte Elemente beigefügt werden, etwa Platin.

Die Forscher, die mit einem Arsenal an Elektronenmikroskopie und Spektroskopie die Versuche charakterisieren, bringen die Zusatzstoffe entweder mit einer Nanopartikel-Abscheideranlage oder mit einer Plasma-Modifikationsanlage in die Aktivkohle.

Die Fortschritte sind sehr ermutigend. Allerdings gibt es vorerst einen großen Haken: Der Tank muss stark gekühlt sein, typischerweise mit Stickstoff bei minus 160 Grad. Das führt zu einer Reihe von Problemen in der Praxis. Deshalb erwartet Mitterer erste Einsätze zunächst bei Lkw- und vor allem bei Schiffsmotoren.

Bereits jetzt erreicht man (tief gekühlt) mit einem 150-Kilo-Tank eine Reichweite von rund 500 Kilometern bei Pkw.

Der „Heilige Gral“ ist die effiziente Speicherung von Wasserstoff auch bei Raumtemperatur. Hier ist man im Vergleich erst bei 100 Kilometer, also um einen Faktor fünf, schlechter. Aber die Fortschritte sind enorm: In den letzten drei Jahren wurde die Speicherkapazität bei Raumtemperatur etwa verzehnfacht.

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