Metall-organische Gerüste werden als Adsorptionsspeicher in Kraftstofftanks genutzt
Effektive Speichertechnik macht Erdgasautos sicherer
Dass physikalische Wechselwirkung verschiedener Materialien sich nicht immer so intuitiv erfassen lässt, zeigt ein aktuelles Forschungsprojekt an der TU Dresden. Um möglichst viel Gas in einem Druckbehälter zu speichern, befüllen die Forscher diesen mit einer teils organischen, teils anorganischen Substanz, genannt MOF (Metal Organic Framework).
In mit MOFs gefüllten Gasflaschen passt also bei gleichem Druck mehr Gas? Was auf den ersten Blick widersprüchlich erscheint, erklärt Prof. Dr. Stefan Kaskel vom Institut für Anorganische Chemie so: ein MOF - der Begriff geht auf den amerikanischen Forscher Omar Yaghi zurück - besitzt jeweils identische Poren, deren Größe über die Länge der organischen Brücken zwischen den Knotenpunkten aus Kupfer, Zink oder Chrom festgelegt ist. Dadurch hat das poröse Gerüst eine enorme innere Oberfläche, an der sich die Gasmoleküle viel effektiver anlagern lassen. Sie beträgt bis zu 4.500 qm/g - die Fläche eines halben Fußballfeldes im Volumen eines Zuckerstückchens. Dieser Effekt wird zum Beispiel genutzt, um das Gas in mit MOFs gefüllten Kraftstofftanks bei niedrigerem Druck zu speichern; ein Sicherheitsvorteil für Fahrzeuginsassen.
Vorbild für das Speicherprinzip eines MOFs sind natürliche Minerale, die Zeolithe. Dass Zeolithe große Mengen von Wasser speichern können, ist bereits seit über 250 Jahren bekannt. Inzwischen nutzen bereits viele technische Anwendungen Zeolithstrukturen, ob in Katalysatoren, in thermochemischen Wärmespeichern oder für die umweltfreundliche Enthärtung von Wasser. Immer wieder werden neue Anwendungsfelder erschlossen.
In dem Verbundprojekt NANOSORB, das zu gleichen Teilen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von zwei industriellen Partnern (der Merck KgaA und der E.ON Ruhrgas AG) gefördert wird, arbeitet Stefan Kaskel gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU Dresden und der Justus-Liebig-Universität Giessen an der Entwicklung mobiler Adsorptionsspeicher auf der Basis nanoporöser Materialien mit einer möglichst hohen Speicherdichte. In Dresden synthetisiert wurde etwa kürzlich TUDMOF-1, eine Verbindung aus Molybdän und Trimesinsäure sowie neue MOFs aus Magnesium. Langfristig könnten die Dresdner Forscher durch die Entwicklung sicherer Tanks mit höherer Energiespeicherdichte also helfen, die Nutzung alternativer Kraftstoffe wie Erdgas oder Wasserstoff noch attraktiver zu machen.
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