Material für Wasserstoffspeicher aus Industrieabfällen

Recycelte Metalllegierungen ermöglichen eine Kreislaufwirtschaft für die Speicherung von Wasserstoff in fester Form

19.07.2022 - Deutschland

Nicht nur die Produktion von grünem Wasserstoff, sondern auch seine sichere und kompakte Speicherung ist eine große Herausforderung für die Energiewende. Metallhydride könnten eine gute Lösung sein - sie speichern große Mengen an Wasserstoff auf kleinem Raum. Für ihre Produktion werden bisher hochreine Materialien benötigt. Diese zu gewinnen oder herzustellen setzt aber große Mengen an Kohlendioxid frei. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben nun bewiesen, dass sich die Wasserstoffspeicher auch aus recycelten Industrieabfällen herstellen lassen. Das Ergebnis: eine deutlich klimafreundlichere Herstellung der Metallhydride.

Ob Autos, Energie oder Mobiltelefone: Die moderne Gesellschaft basiert auf Metallen und auch unsere Zukunft hängt stark von ihnen ab. Wasserstoff sicher, kompakt und dennoch umweltfreundlich zu speichern, ist nach wie vor eine große Herausforderung. Metallhydride könnten eine attraktive Lösung sein, insbesondere für Anwendungen, bei denen das Volumen und die Sicherheit des Speichersystems eine Rolle spielen - zum Beispiel bei der stationären Speicherung in Wasserstofftankstellen oder auf Schiffen. Hierfür bieten sie eine sehr hohe Speicherdichte. Für die Herstellung dieser Speichermaterialien werden in der Regel hochreine Metalle verwendet. Trotz ihrer Vorteile stellen der Abbau und die großtechnische Herstellung dieser Materialien eine starke Belastung für die Umwelt dar. Sie setzen große Mengen an Treibhausgasen frei, ganz zu schweigen von den Auswirkungen des Rohstoffabbaus auf die Umwelt selbst. Forschende des Hereon-Instituts für Wasserstofftechnologie haben nun gezeigt, dass sich hochwertige Wasserstoffspeicher auch aus weniger reinen Metallabfällen aus der Industrie herstellen lassen. Diese Erkenntnisse ermöglichen es erstmals, eine Strategie der Kreislaufwirtschaft auf die Produktion von Metallhydriden anzuwenden. Dadurch wird ihre Herstellung wesentlich umweltfreundlicher.

"Ansätze der Kreislaufwirtschaft für die Herstellung von Wasserstoffspeichermaterialien zu nutzen, ermöglicht es uns, die Energie-Herausforderungen unserer Zeit auf eine nachhaltigere Weise anzugehen", sagt Dr. Claudio Pistidda, Wissenschaftler am Hereon-Institut für Wasserstofftechnologie.

Jedes Jahr fallen mehrere Millionen Tonnen Metallabfälle an. Das Recycling dieser Materialien ist von entscheidender Bedeutung. Es könnte in vielen Ländern helfen, die ständig steigende Nachfrage nach Metallen besser zu bedienen und so die Bedrohung des Wirtschaftswachstums zu mindern. Obwohl es für die meisten in der Industrie verwendeten Metalllegierungen erfolgreiche Recyclingverfahren gibt, geht immer noch eine erhebliche Menge davon verloren. Wie Hereon-Forschende jetzt zeigen, könnte die Herstellung von Metallhydriden große Mengen dieser Industrieabfälle auffangen, indem dafür ansonsten nicht recycelbare Materialien verwendet werden. Metallhydride scheinen im Gegensatz zu metallischen Legierungen, z.B. für Hochleistungsbauzwecke, ziemlich unempfindlich gegenüber der genauen Legierungszusammensetzung zu sein.

"Unsere Forschung eröffnet einen neuen Weg zur Entwicklung umweltfreundlicher Materialien für Hochleistungs-Wasserstoffspeicheranwendungen", so Pistidda.

Hintergrund

Im Vergleich zu herkömmlichen Druck- oder Flüssigwasserstofftanks sind Metallhydride eine attraktive Lösung, um Wasserstoff bei niedrigen Drücken und moderaten Temperaturen sicher und kompakt zu speichern. Die zu feinen Pulvern gemahlenen Metallverbindungen haben eine hohe Affinität für Wasserstoff. Sobald sie diesem ausgesetzt sind, führt die hohe Affinität zum Bruch der Bindungen zwischen den beiden Wasserstoffatomen des Wasserstoffmoleküls (H₂). Danach gehen die Metalle eine Bindung mit den einzelnen Wasserstoffatomen ein, wodurch Hydrid-Spezies entstehen. Dieser Prozess lässt sich leicht umkehren, indem der zuvor aufgebrachte Wasserstoffdruck zur Herstellung der Hydride verringert wird oder indem die Temperatur erhöht wird. Wie ein Schwamm, der Wasser aufsaugt, können so Metallhydride Wasserstoff in erstaunlichen Mengen binden und schnell wieder abgeben. Am Institut für Wasserstofftechnologie entwickeln Forschende nanostrukturierte Materialien für die Wasserstoffspeicherung, erforschen nachhaltige großtechnische Produktionsmethoden und evaluieren diese Materialien in der Praxis.

Originalveröffentlichung

Yuanyuan Shan et al.; Sustainable NaAlH4 production from recycled automotive Al alloy; Green Chem., 2022, 24, 4153-4163.

M. Passing et al.; Development and experimental validation of kinetic models for the hydrogenation/dehydrogenation of Mg/Al based metal waste for energy storage; Journal of Magnesium and Alloys; 2022.

https://www.chemie.de/news/1176922/material-fuer-wasserstoffspeicher-aus-industrieabfaellen.html