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Werkstoffforscher Prof. Thomas Klassen, präsentiert die Formel, nach der die Wasserstoff-Tanks der Zukunft funktionieren. Foto: jz

Doppelter Kuss für Dornröschen

Lüneburg. Mit einem strahlenden Lächeln steigt Prof. Thomas Klassen aus seinem Elektroauto und geht federnden Schrittes zu den Laboren, in denen er und seine Kollegen am Kraftstoff der Zukunft forschen: Wasserstoff. Wer Wasserstoff tankt, pustet nur Wasserdampf durch den Auspuff, kein Treibhausgas Kohlendioxid. Das H₂-Molekül ist einer der Hoffnungsträger der Energiewende. Und versank doch für Jahre in einem Dornröschenschlaf. Auch, weil das Speichern des Wasserstoffs schwierig ist. Und doch lächelt der Werkstoff-Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG). Denn Wasserstoff wurde wachgeküsst. Von gleich zwei Prinzen. Von Gökhan Gizer, einem Doktoranden des HZG, der ein Konzept gefunden hat, wie Wasserstoff fünf Mal schneller als bisher getankt werden kann. Und von Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier, der Anfang Februar seine nationale Wasserstoffstrategie vorlegte.

Noch fristet das Gas im Straßenverkehr ein Mauerblümchendasein. Anfang Februar gab es bundesweit 82 öffentliche Tankstellen für 705 zugelassene Brennstoffzellenautos – von 47 Millionen. Wer in unserer Region Wasserstoff tanken will, kann dies nur in Hagenow oder Hamburg. Im HZG, unweit des ausgedienten Atommeilers Krümmel, wird daran gearbeitet, dass sich das ändert.

Partnertausch liefert die Energie

Heutige Brennstoffzellenautos haben Druckgastanks, die mit bis zu 700 Bar Druck befüllt werden. Das ist technisch anspruchsvoll und teuer. „Die Hülle der Tanks muss extrem stark sein“, sagt Prof. Klassen. „Um fünf Kilo Wasserstoff für eine Strecke von 500 Kilometern zu speichern, muss der Tank schon 100 Kilo wiegen. Diese Tanks kosten ein Drittel bis die Hälfte des Fahrzeugpreises.“ Deshalb erforschen die HZG-Wissenschaftler Feststoffspeicher, sogenannte Magnesiumhydride, als Alternative. Die Vorteile: Bei gleichem Volumen speichern die Tanks made in Geesthacht mehr Wasserstoff. Für fünf Kilo Wasserstoff benötigt der Hochdrucktank ein Volumen von 122 Litern, der Feststoffspeicher nur 46 Liter. Bisher brauchte man beim Betanken eine Temperatur von 300 Grad Celsius und rund 30 Minuten für fünf Liter Wasserstoff.

Geesthachter Forscher zerkleinerten in Spezialmühlen verschiedene Zusatzstoffe zu winzigsten Nanopartikeln. Die so vergrößerte Oberfläche bindet mehr Wasserstoff. Drei Jahre experimentierten die HZG-Wissenschaftler. Dann der Durchbruch: In einer im „Nature Scientific Reports“ veröffentlichten Studie zeigten sie jetzt, dass Kalium-Lithium-Titanat-Nanopartikel als Impulsgeber für die chemische Reaktion in Magnesium-Stickstoff-Tanks das Tanken um das Fünffache beschleunigen – bei einer Temperatur von unter 180 Grad Celsius.

In der Chemie ist dabei etwas segensreich, was bei Menschen selten gut geht: Ein Partnertausch. „Bor, Magnesium und Lithium tauschen die Partner, das sorgt für die notwendige Energie, damit Wasserstoff sich von seinem Speicher löst“, sagt Klassen. „Das Verfahren haben wir weltweit patentieren lassen.“ Die Autohersteller Toyota, Hyundai und BMW entwickeln seit Jahren Brennstoffzellen-Autos. Zwar hat VW-Chef Herbert Diess noch im September auf der Automobilmesse IAA bekräftigt, er sei „sehr sicher“, dass der Wasserstoffantrieb in den nächsten zehn Jahren keine Rolle spielen werde. Und doch arbeitet VW mit den Geesthachtern zusammen, um über drei Jahre das Potenzial der neuen Tanktechnik auszuloten.

Wasserstoff für Energiewende unverzichtbar

Dass die Bundesregierung nun auf 21 Seiten eine „Nationale Wasserstoffstrategie“ aufgelegt hat, lässt Thomas Klassen strahlen. „Das ist toll. Jetzt geht es aufwärts, nachdem das Thema Wasserstoff zwischen 2010 und 2015 etwas vernachlässigt wurde. Wir arbeiten seit 20 Jahren in diesem Bereich und wissen: Das ist die ideale Lösung.“ Das solle keine Absage an das E-Auto sein, mit dem der Forscher zur Arbeit fährt. „Die haben ihre Stärken im städtischen Verkehr. Aber bei längeren Fahrten macht das keinen Sinn. Der Tesla muss eine 800-Kilo-Batterie spazieren fahren.“ Dabei klopft der Institutsleiter im Bereich nachhaltige Energietechnik auf einen Wasserstofftank, der gegenüber dem ersten Prototyp der Geesthachter schon deutlich kleiner und leichter ist.

Wasserstoff ist aber nicht nur der Hoffnungsträger der Energiewende, sondern auch Norddeutschlands. Die Küstenländer haben im Herbst eine „Norddeutsche Wasserstoffstrategie“ verabredet, um die Produktion von „grünem Wasserstoff“ aus Windkraft-Strom massiv zu erhöhen. „Wir haben den Rohstoff der Zukunft, erneuerbaren Strom. Warum sollen wir ihn nach Bayern schicken, um dortige Fabriken zu versorgen? Besser, die Firmen kommen hierher“, betont Klassen.

Ein echter Problemlöser ist Wasserstoff nämlich nur, wenn er selbst CO₂-neutral hergestellt wird. Das ist nicht der Fall, wenn er als chemisches Abfallprodukt oder bei der Erdgasförderung entsteht. Zudem ist es bisher ineffizient, mit Windkraft Strom herzustellen, um den zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden, sowie den Wasserstoff zu speichern und zu transportieren.

Aber auch für diese Achillesferse tüfteln die Grundlagenforscher vom HZG an einer Lösung. Die haben sie direkt aus der Natur abgeschaut: Ein „künstliches Blatt“ verwendet Sonnenlicht direkt zur Spaltung von Wasser. Klassen: „Unser künstliches Blatt hat schon einen höheren Wirkungsgrad als das natürliche.“ Das „künstliche Blatt“ wäre auch eine große Chance für Südeuropa und Nordafrika, wo Sonnenenergie überreichlich angezapft werden kann.

Von Joachim Zießler