Forschung: Powerpaste soll Wasserstoff speichern

Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden entwickelten Forschende eine Paste zur Wasserstoff-Speicherung. Die sogenannte „Powerpaste“ soll hohe Energiedichten bieten und sich für alle Fahrzeuge eignen.

Die "Powerpaste" fungiert als Energieträger. | Foto: Fraunhofer IFAM
Die "Powerpaste" fungiert als Energieträger. | Foto: Fraunhofer IFAM
Christine Harttmann
(erschienen bei VISION mobility von Gregor Soller)

Energie in einer Paste speichern: Diese Idee setzten jetzt Forschende am Fraunhofer-Instutut um. Die sogenannte „Powerpaste“ basiert auf dem Feststoff Magnesiumhydrid und soll Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck chemisch speichern. Und dann wieder bedarfsgerecht freisetzen. Erste Anwendungsfälle wären vor allem Leichtfahrzeuge wie Scooter. Das Handling sei auch dann unkritisch, wenn der Scooter bei sommerlicher Hitze über Stunden in der Sonne stehe – da sich die Powerpaste erst oberhalb von etwa 250 Grad Celsius zersetzt.

Als Ausgangsmaterial für die Speicher-Paste dient laut Fraunhofer IFAM pulverförmiges Magnesium, ein häufig vorkommendes Element. Bei 350 Grad Celsius und fünf- bis sechsfachem Atmosphärendruck wird dieses mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid verwandelt. Laut Fraunhofer IFAM entsteht durch die Zugabe von Ester und Metallsalz die Powerpaste. Die zähflüssige Powerpaste soll so den zylindrischen Drucktank ersetzen, wie er in Fahrzeugen mit Brennstoffzellen-nötig ist – und dort viel Raum beansprucht. Deshalb biete sich diese Lösung vor allem für Wasserstoff-Antriebe bei Kleinfahrzeugen an, denn aus Platzgründen sind Drucktanks in der Micromobilität wie bei E-Tretrollern oder E-Scootern kaum umsetzbar.

Tanken: Einfach die Kartusche wechseln

Das Tanken wäre noch einfacher als an einer Wasserstofftankstelle: Laut Fraunhofer IFAM muss man stattdessen einfach eine Kartusche wechseln und Wasser in einen Tank füllen. Im Fahrzeug wird die Powerpaste dann aus der Kartusche gedrückt, und je nach Leistungsbedarf mit einer benötigten Menge Wasser vermischt. Durch diese Reaktion entsteht dann gasförmiger Wasserstoff, der in der Brennstoffzelle zu Strom für den E-Motor transformiert werden kann. Womit wir beim Handling wären, das weitere Vorteile bieten würde: Da die Paste fließfähig sei und gepumpt werden kann, könne sie nicht nur in Kartuschen und Kanistern angeboten werden, sondern auch an einer Abfüllanlage getankt werden. damit entfiele die bei den aktuellen Wasserstofftankstellen teure Infrastruktur für gasförmigen Wasserstoff, wofür bei hoher Druck oder tiefgekühlter flüssiger Wasserstoff nötig sei, für dessen Verflüssigung man die Temperaturen auf minus 253 Grad Celsius absenken muss. Außerdem gut für die Kosten: Bei der Reaktion stammt die Hälfte des Wasserstoffs aus der Powerpaste, die andere Hälfte aus dem Wasser. Interessant ist die Speicherkapazität des Systems, wie Marcus Vogt, Wissenschaftler am Fraunhofer IFAM, erklärt:

„Die Energiespeicherdichte der Powerpaste ist daher enorm: Sie ist wesentlich höher als bei einem 700 bar-Drucktank.“

Verglichen mit Batterien habe sie laut Vogt gar „die zehnfache Energiespeicherdichte.“ Auf ein Fahrzeug umgerechnet soll der Fahrer mit der Powerpaste laut Vogt „eine ähnliche Reichweite wie mit der gleichen Menge Benzin erzielen, wenn nicht sogar eine größere“, auch im Vergleich zu den Fahrzeugen mit 700-bar-Drucktanks böte die Paste bei gleichem Volumen mehr Reichweite, oder in dem Fall: Gleiche Reichweite bei weniger Volumen.

Noch nicht gelöst sind die Kosten der Paste und deren Recycling respektive Entsorgung. Auch zu Umwelt- und Energiebilanz macht das Institut noch keine Angaben, auch weil es sich um ein sehr frühes Stadium der Entwicklung handelt. Auch die Produktion und deren Skalierbarkeit sind noch offen. Hier legt Fraunhofer aber nach: Am Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS baut das Fraunhofer IFAM derzeit eine Produktionsanlage auf. Bereits Ende 2021 soll diese in Betrieb gehen und dann bis zu vier Tonnen Powerpaste pro Jahr produzieren.

Was bedeutet das?

Ein sehr interessanter Ansatz! Denn dass man Energie anders speichern kann als flüssig oder gasförmig, hatte bisher noch niemand so recht auf dem Schirm. Das könnte auch das Thema Brennstoffzelle weiterbringen, wo angebracht. Denn deren Effizienz ist gesamtbilanziell betrachtet immer noch nicht so hoch wie bei der Batterieelektrik, die ihrerseits große Fortschritte macht.

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