Umweltfreundliche Wasserstoffspeicher aus recycelten Materialien

Titan-Eisen-Legierungen sind besonders vielversprechend für die Wasserstoffspeicherung, da sie große Mengen Wasserstoff aufnehmen können. Allerdings sind die Herstellungskosten entsprechender Materialien bislang sehr hoch. Daher erforscht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) den Einsatz recycelter Rohstoffe. Damit sollen Materialkosten signifikant gesenkt und die Technik auf eine breitere Basis gestellt werden.

Wasserstoff kann neben der gasförmigen Aufbewahrung in herkömmlichen Druckspeichern auch in Metallverbindungen gespeichert werden. Der Wasserstoff wird dabei von der Legierung wie von einem Schwamm aufgesogen: Die H2-Moleküle spalten sich beim Kontakt mit der Oberfläche in einzelne Atome auf, dringen in die gitterförmige Struktur des Metalls ein, lagern sich in Zwischenräumen und Defektstellen ein und verbinden sich mit dem Material zu sogenannten Hydriden.

Diese Technik erlaubt nicht nur eine sehr dichte, sondern auch eine sichere Speicherung von Wasserstoff, denn die Wasserstoffatome bleiben im Metall gebunden und können nicht unkontrolliert entweichen. Zudem sind – anders als bei der Verwendung herkömmlicher Speicher – weder hoher Druck noch extrem niedrigere Temperaturen erforderlich. Wird der Wasserstoff benötigt, kann er unter Einsatz von Wärme, z.B. aus Brennstoffzellen, wieder als Gas freigesetzt werden.

Die BAM erforscht in dem Verbundprojekt „GreenH2Metals“, wie gut die recycelten Titan-Eisen-Materialien Wasserstoff aufnehmen und wieder abgeben können und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie sowie zur Kreislaufwirtschaft – zentrale Bausteine für die Energiewende.

Forscher*innen nutzen dafür spezielle Messmethoden und betrachten die innere Struktur der Materialien genauer. Mit Computersimulationen untersuchen sie insbesondere die Rolle, die Defekte in den Gitterstrukturen für die Langzeitstabilität der Werkstoffe und ihre Speicherkapazität spielen. Ziel ist es, ein Vorhersagemodell dafür zu entwickeln, wie sich Verunreinigungen beim Recyclingprozess auf die Eigenschaften der Materialien auswirken. Zudem erforscht die BAM, wie das Material – vor allem in einem pulverförmigen Verarbeitungszustand – sicher gehandhabt werden kann.

Beteiligt an dem Verbundprojekt, das vom Helmholtz-Zentrum Hereon koordiniert wird, sind neben der BAM die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, die Ruhr-Universität Bochum und das Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien. GreenH2Metals wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 3,3 Millionen Euro gefördert.