An der beschleunigten Freisetzung von Wasserstoff aus Ammoniak arbeitet ein Forscherteam im Verbundvorhaben „AmmoRef“. Ein eigens entwickelter Katalysator soll dies ermöglichen.

 

Keine Frage, Deutschland kann seinen Gesamtbedarf an grünen Wasserstoff nur durch Importe stillen. Diesen aus Regionen, in denen Wind- und Solarstrom für seine elektrolytische Herstellung günstig sind, herzutransportieren, ist nicht einfach. Für lange Transportwege lässt sich Wasserstoff gebunden in Ammoniak auf den Weg schicken.

Um die anschließende Rückgewinnung des Wasserstoffs zu erleichtern, haben Forscher des Instituts für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) zusammen mit Kooperationspartnern einen Katalysator entwickelt. Die Ergebnisse sind im Rahmen des Projektes „AmmoRef“ (Reformierung von Ammoniak), einem Teilprojekt des Verbundvorhabens „TransHyDE“ des Bundesforschungsministeriums, entstanden. Die Ergebnisse des Projektes Ammo Ref sollen in die Handlungsempfehlungen für die nationale Wasserstoff-Infrastruktur einfließen.

Die Forschenden sehen einen großen Vorteil im Ammoniak. Für den Transport dieser chemischen Verbindung existiert bereits eine ausgereifte Infrastruktur über weite Strecken via Schiff. „Ammoniak lässt sich zum Transportieren einfach verflüssigen. Es wird heute schon im Megatonnenmaßstab hergestellt, weltweit verschifft und gehandelt und ist daher für uns interessant“, erläutert Dr. Shilong Chen vom Institut für Anorganische Chemie der CAU. Zusammen mit Forschungskollegen aus Berlin, Essen, Karlsruhe und Mülheim an der Ruhr erforschen die Kieler, wie sich Wasserstoff nach dem Transport wieder aus Ammoniak freisetzen lässt. Mit ihrem neu entwickelten Katalysator wollen sie die Rückgewinnung von Wasserstoff deutlich beschleunigen.

Umwandlungsverluste minimieren

„Ein Katalysator hat die Aufgabe, eine chemische Reaktion zu beschleunigen und ist damit direkt für die Effizienz von Stoff- und Energiewandlungen verantwortlich“, erklärt Malte Behrens. Je schneller die Ammoniakreformierung laut dem Professor für anorganische Chemie an der CAU abläuft, desto geringer sind die Umwandlungsverluste, die durch die chemische Speicherung des Wasserstoffs in Ammoniak entstehen.

Sein Kollege Shilong Chen weiß um die Besonderheiten des entwickelten Katalysators: „Zum einen besteht er aus den relativ günstigen Basismetallen Eisen und Cobalt. Zum anderen haben wir eine besondere Herstellungsmethode entwickelt, die eine sehr hohe Metallbeladung des Katalysators erlaubt.“ So bestehen bis zu 74 Prozent des Materials aus aktiven Metallpartikeln. Diese wechseln sich mit Trägerpartikeln ab, sodass dazwischen Hohlräume im nanoskaligen Bereich entstehen – wie ein poröser, metallischer Nano-Schwamm.

„Entscheidend ist außerdem die Kombination der beiden Metalle in einer gemeinsamen Legierung“, erläutert Arbeitsgruppenleiter Behrens. Einzeln seien beide Metalle katalytisch weniger aktiv. Durch die Kombination entstünden jedoch hochaktive, bi-metallische Oberflächen mit Eigenschaften, die sonst nur von sehr viel teureren Edelmetallen bekannt sind.

„Im Ammo-Ref-Konsortium, an dem auch Industrieunternehmen beteiligt sind, wollen wir diesen Katalysator weiter untersuchen und aus der Grundlagenforschung in die Anwendung übertragen“, beschreibt Behrens die kommenden Schritte. Als Nächstes arbeitet das Kieler Team daran, den Katalysator in größeren Mengen herzustellen.

Aus der Industrie sind etwa der Industriekonzern Thyssen Krupp und die Chemiekonzerne BASF und Clariant an dem Projekt beteiligt. Aus wissenschaftlicher Seite sind etwa das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion sowie das Fraunhofer-Institut for Solare Energiesysteme ISE mit dabei.