Powerpaste speichert Wasserstoff und gibt ihn wieder frei
Die Energiewende hängt auch davon ab, ob es gelingt, Wasserstoff günstig zu produzieren – und vor allem zu speichern. Forschende entwickelten dafür jetzt eine Powerpaste auf Magnesiumbasis.
Foto: Fraunhofer IFAM
Es klingt einfach. So einfach, dass es schon wieder genial ist: Man nehme pulverförmiges Magnesium und speichere Wasserstoff darin. Denn wenn beide zusammenkommen, entsteht dabei Magnesiumhydrid, ein pastöses Gemisch, das bei Raumtemperatur stabil ist und deshalb drucklos gelagert und transportiert werden kann. Gibt man wiederum Wasser auf die Paste, kommt es zur Hydrolyse. Dabei wird Wasserstoff sowohl aus dem Magnesiumhydrid als auch aus dem Wasser freigesetzt.
Wie genau der Prozess abläuft, daran arbeiten Forschende der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD) zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM). Ziel des Projekts SmartPASTE: die Wasserstoff-Speichertechnologie für höhere elektrische Leistungsklassen nutzbar zu machen.
Powerpaste: Hohe Energiedichte und benutzerfreundliche Handhabung
Entwickelt wurde die Powerpaste am Fraunhofer IFAM in Dresden. Den aus dem Magnesiumhydrid freigesetzten Wasserstoff können Brennstoffzellen in Strom umwandeln. Als Beiprodukt der Hydrolyse entsteht Magnesiumhydroxid, das aufbereitet und wiederverwendet werden kann. Die hohe Energiedichte und benutzerfreundliche Handhabung machen die Powerpaste zu einem vielversprechenden Energieträger vor allem für Anwendungen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt.
Bewährt hat sich die Technologie bereits im kleinen Maßstab, zum Beispiel als Back-up-Energiesystem. Nun geht es darum, die Paste für leistungsstärkere Anwendungen nutzbar zu machen. „Im Rahmen von SmartPASTE ist die Entwicklung und Skalierung von Wasserstoffgeneratoren im Leistungsbereich von 5 kW bis 50 kW geplant“, erklärt Projektleiter Stefan Haase, Professor für Verfahrenstechnik an der HTWD. „Dieser Bereich ist entscheidend für Anwendungen in der dezentralen Stromversorgung, aber auch in der Elektromobilität.“
Nun wird daran geforscht, wie die Reaktortechnologie hochskaliert werden kann. Dabei geht es neben einer optimierten Energie- und Leistungsdichte des Systems auch um Kontrollierbarkeit und Sicherheit. Wasserstoff muss bedarfsgerecht produziert werden und gleichzeitig dürfen keine unkontrollierten Reaktionen stattfinden. Da im größeren Maßstab viel mehr Energie freigesetzt wird, gilt es, das Stoffstrom-, Energie- und Wärmemanagement anzupassen und zu optimieren, um den Hydrolyseprozess effizient und sicher durchführen zu können.
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Reaktordesign für unterschiedliche Anwendungsfälle
Auch die TU Dresden ist an dem Vorhaben beteiligt. „Gemeinsam wollen wir zwei Hydrolysereaktoren im größeren Maßstab kreieren“, so Haase. „Doch müssen wir zunächst die Prozesse besser verstehen.“ Erforscht werden die Durchmischung und Gasblasendynamik im Mehrphasenreaktor sowie die Prozesse in der Reaktorperipherie. Dazu zählen das Wärmemanagement sowie das Stoffstrommanagement, das heißt, die Entnahme des Magnesiumhydroxids und das Recycling des enthaltenen Wassers.
Anschließend soll der Reaktor gebaut werden. Ziel der Skalierung ist eine Reaktortechnologie, die es erlaubt, Wasserstoff in unterschiedlichen Anwendungen bedarfsabhängig zu produzieren, um Strom zu erzeugen. Im Bereich von 10 kW bis 50 kW bieten sich Einsatzmöglichkeiten unter anderem in elektrischen Kleinfahrzeugen, unbemannten Luft- und Wasserfahrzeugen und leichtelektrischen Fahrzeugen sowie in Strom-/Notstromaggregaten für kleinere Rechenzentren, auf Baustellen oder in der Telekommunikation an.
