Forschende arbeiten an einem „maßgeschneiderten“ Katalysator, der helfen soll, Wasserstoff einfacher zu nutzen.

 

Wasserstoff gilt gemeinhin als zentraler Bestandteil der Energiewende. Da er aber flüchtig ist und eine geringe volumetrische Dichte aufweist, ist er herausfordernd in der Lagerung und im Transport. Forschende der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen), des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und des Forschungszentrums Jülich arbeiten an einer Lösung. Deren Studie wurde im Journal of Catalysis veröffentlicht und zeigt, wie sich Wasserstoff durch chemische Speichersysteme langfristig und ressourcenschonend verfügbar machen lässt.

Es gibt bereits eine Reihe gut erforschter Moleküle wie Methanol, die als Träger für Wasserstoff infrage kommen. Das Team setzt auf größere Moleküle beziehungsweise auf Trägerstoffe, die den Wasserstoff noch effizienter speichern und freisetzen können. Ihre Wahl fiel dabei auf die Ameisensäure. Für die Rückverstromung entwickelten sie einen neuen Katalysator, der aus einer Kombination von Ruthenium, einem korrosionsbeständigen Platinmetall, und Phosphor besteht (siehe Infobox).

Stabilität durch Phosphor

Der Vorteil von Phosphor: Er verstärkt die Freisetzung von Wasserstoff aus der Ameisensäure und zeigt nach Angaben der Forscher auch bei längerer Nutzung seine Effektivität. Durch ihn bleiben die Ruthenium-Atome an Ort und Stelle und verlieren nicht ihre Reaktionsfähigkeit. Im Labor zeigte sich der Katalysator über einen Zeitraum von zweieinhalb Tagen als stabil und lieferte kontinuierlich Wasserstoffgas.

In einem nächsten Schritt wollen die Forscher den Katalysator für das der Ameisensäure ähnliche Molekül Methylformiat testen. Dieses hat Vorteile gegenüber anderen Trägermolekülen wie Methanol, da es Wasserstoff schneller freisetzt und ungiftig ist. Zudem lässt sich Methylformiat CO2-neutral herstellen, indem Methanol und Ameisensäure miteinander reagieren.
  Die Forschungsarbeit basiert auf einer heterogenen Katalyse. Das heißt, der Katalysator und die Reaktanten liegen in unterschiedlichen Aggregatzuständen vor. Dadurch, dass ein Feststoff-Katalysator verwendet wird, ist eine leichtere Trennung des Katalysators von der Reaktionsflüssigkeit möglich. Das mache die Technologie besonders geeignet für industrielle Anwendungen.

Die bisherigen Ergebnisse mit der Testsubstanz Ameisensäure sind für die Wissenschaftler die Grundlage, um den Katalysator auch für Methylformiat und weitere Wasserstoffträger anzupassen.