NEWATLASPowerpaste verpackt saubere Wasserstoff-Energie in einem sicheren, praktischen grauen Stoff
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Fraunhofer-Forscher haben eine auf Magnesium basierende „Powerpaste“ vorgestellt, die Wasserstoff mit der zehnfachen Dichte einer Lithiumbatterie speichert und Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen die Möglichkeit bietet, weiter als benzinbetriebene Fahrzeuge zu fahren und innerhalb von Minuten zu tanken.
Typischerweise transportieren Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge ihren H2-Brennstoff natürlich in gasförmiger Form, die in Tanks bei Drücken um 700 bar (10,150 psi) gelagert werden. Diese Tanks sind ziemlich groß und schwer, was einem der Hauptvorteile von Wasserstoff gegenüber heutigen Lithiumbatterien entgegenwirkt – seiner höheren Energiedichte. Die hohen Drücke machen Wasserstoff auch zu einer unpraktischen Option für angetriebene Zweiräder wie Motorräder und Motorroller.
Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnologie und fortschrittliche Werkstoffe IFAM in Dresden hat jedoch eine interessante neue Methode zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff in Form einer auf Magnesiumhydrid basierenden „Powerpaste“ entwickelt, die den Wasserstoff in a speichert chemische Form, bei atmosphärischem Druck, bei Bedarf zur Freisetzung bereit.
Zur Herstellung der Paste wird Magnesium mit Wasserstoff bei etwa 350 ° C (662 ° F) und fünf- bis sechsmalem Atmosphärendruck kombiniert, um Magnesiumhydrid zu bilden. Ein Ester und ein Metallsalz werden hinzugefügt, um den Prozess abzuschließen und eine viskose graue Schicht zu bilden, die in Kartuschen geladen werden kann.
In Powerpaste-Form ist es bei Temperaturen bis zu 250 ° C (482 ° F) vollständig stabil. Es trägt die 10-fache Energie eines ähnlichen Gewichts in Lithiumbatterien und wesentlich mehr als einen 700-bar-H2-Tank mit dem gleichen Gewicht. Die Forscher sagen, dass Fahrzeuge, die mit einem Powerpaste-Antriebsstrang fahren, eine Reichweite erwarten können, die „mit Benzin vergleichbar oder sogar größer als diese ist“.
Wenn es an der Zeit ist, die Energie freizusetzen, extrudiert ein Kolbenmechanismus die Paste in eine Kammer, in der sie mit Wasser reagiert, um Wasserstoff mit einer dynamisch gesteuerten Geschwindigkeit freizusetzen, die dann eine Brennstoffzelle speist, um elektrische Energie zu erzeugen, mit der ein EV-Antriebsstrang betrieben werden kann anderes Gerät. Ein Teil der beeindruckenden Energiedichte der Paste beruht auf der Tatsache, dass die Hälfte des freigesetzten Wasserstoffs aus dem Wasser stammt, mit dem sie reagiert.
Fraunhofer IFAM
Zum Auftanken eines Powerpaste-Scooters müsste beispielsweise die Patrone herausgezogen und an einer Tankstelle durch eine volle ersetzt werden. Auf diese Weise könnte dieses Zeug zu einer Flasche Grillgas werden: eine leicht austauschbare Möglichkeit, saubere Energie in einer Reihe von Geräten zu verwenden. Das Fraunhofer-Team spricht davon, es in großen Drohnen einzusetzen, ihre Flugzeit und Reichweite zu multiplizieren oder in tragbaren Elektrogeräten wie beispielsweise einem pastösen Camping-Toaster oder einem Wasserkocher.
Und wo austauschbare Patronen für einige Anwendungen möglicherweise nur das Ticket sind, fällt es anderen möglicherweise leichter, das Material einfach in einen Tank zu pumpen – zum Beispiel Brennstoffzellenautos und -lastwagen, Flugzeuge und größere Anwendungen. Das Team sagt, dass diese schlammige Gänsehaut über Standardfüllleitungen mit „relativ kostengünstiger Ausrüstung“ geliefert werden kann.
Logistisch gesehen scheint dieses Zeug viel einfacher zu sein als normales gasförmiges (und sicherlich flüssiges) H2. Es kann in Fässern oder Tankschiffen transportiert und mehr oder weniger ohne Gefahr überall gelassen werden. Das Fraunhofer IFAM baut in seinen eigenen Anlagen eine Powerpaste-Produktionsanlage, die im Laufe dieses Jahres eröffnet wird und bis zu vier Tonnen Paste pro Jahr für Pilotprogramme und Branchenevaluierungen herstellen kann. Auf dem Prüfstand im Labor ist außerdem ein Stromgenerator in Betrieb.
Fragen bleiben jedoch. Was passiert mit dem Magnesium, wenn die Paste verbraucht wird? Wird es wieder in den Prozess zurückgeführt? Berücksichtigen die oben angegebenen Energiedichtewerte das gesamte erforderliche System oder nur den Kraftstoffspeicher? Wie viel Wasser verbraucht es für eine bestimmte Energiemenge und wie viel Wasser müssen Sie beim Tanken hinzufügen, da Brennstoffzellen Wasser als Nebenprodukt produzieren?
Am wichtigsten ist vielleicht, wie energieeffizient ist die Herstellung dieser Paste? Vergessen wir nicht, einer der schwarzen Flecken gegen sauberen Wasserstoff in Brennstoffzellensystemen ist die schrecklich ineffiziente Nutzung sauberer Energie. Speichern Sie saubere Energie in einer Batterie und Sie erhalten mehr als 90 Prozent davon an den Rädern zurück. Speichern Sie es in Wasserstoff und Sie brennen mindestens die Hälfte davon in verlustbehafteten Prozessen auf dem Weg.
Die Herstellung von Powerpaste erfordert Wärme, Druck und industrielle Prozesse, die alle Energie kosten. Hinzu kommen die finanziellen und energetischen Kosten für Lagerung und Transport, und die Gleichungen lassen gasförmiges H2 im Vergleich dazu wahrscheinlich wie einen sehr sparsamen kleinen Energiehalter aussehen.
Solange Powerpaste nur mit sauberer Energie hergestellt wird, sieht es immer noch wie ein sauberer Kraftstoff aus – und vielleicht ein sehr praktischer, den wir uns vorstellen können, ohne allzu viel Aufhebens an Tankstellen auszurollen. In einer Welt, in der die Erzeugung sauberer Energie immer noch begrenzt ist, kann dies jedoch zu einer Verschwendung unserer Solar- und Windressourcen führen.
Und dann ist da noch die Frage der Kosten; Wie wird Powerpaste beim Auftanken mit Benzin verglichen, da es ungefähr die gleiche Reichweite liefert? Sicherlich wird es von Anfang an viel sein und mit der Skalierung und dem Preis für sauberes H2 sinken. Aber die zusätzlichen Verarbeitungs- und Transportkosten werden es teurer machen als reines Wasserstoffgas, und eine zukünftige Zahl des Baseballstadions könnte definitiv aufschlussreich sein. Wir werden den Forschern diese Fragen stellen und sehen, wie sich die Dinge stapeln.
