Nanotechnologie könnte Weg für Wasserstoff-Antriebe ebnen

Die zentrale Forschungsabteilung des EADSKonzerns, EADS Innovation Works, sucht gemeinsam mit Hochschulforschern nach neuen Feststoffspeicher-Systemen für Wasserstoff. Mit Hilfe dieser Technologie könnte Wasserstoff als saubere Alternative zu herkömmlichen kohlenwasser-stoffhaltigen Treibstoffen in Flugzeug- und Automotoren eingesetzt werden.

Wasserstoff ist ein umweltfreundlicher Treibstoff, da bei seiner Verbrennung bzw. bei der Reaktion mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung lediglich Wasser entsteht. Dennoch sind Methoden zur sicheren Speicherung von Wasserstoff bislang noch teuer und kompliziert. So erfordert die Speicherung von Wasserstoff im gasförmigen Zustand Tanks mit großem Volumen, während die Speicherung in flüssiger Form mit erhöhtem Gewicht und Energieaufwand zur Verflüssigung einhergeht.

Die Speicherung von Wasserstoff als Feststoff ist deshalb eine attraktive Alternative; jedoch stellt die Reduzierung von Gewicht und Volumen des Speichers eine große Herausforderung dar. Zudem ist die Durchsatzgeschwindigkeit vom Speicher zur Brennstoffzelle bzw. zum Motor oft sehr gering. Diese Hürden erschweren derzeit noch den breiten Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen für Flugzeug- oder Kraftfahrzeugmotoren.

Chemiker der Universität Glasgow erforschen gemeinsam mit EADS die Verwendung von Nanotechnologie zur Veränderung der Struktur und der Materialzusammensetzung des Speichertanks. Ziel ist es, den Speicher effizient genug für den industriellen Einsatz von feststoffgespeichertem Wasserstoff in Flugzeugen und Kraftfahrzeugen zu machen.

Gelingt diese Weiterentwicklung der Tankstruktur, plant EADS 2014 den Start eines unbemannten Testflugzeugs mit Wasserstoffantrieb, mit der langfristigen Perspektive einer Einführung von wasserstoffbetriebenen Verkehrsflugzeugen. „Der Ersatz herkömmlicher kohlenwasserstoffhaltiger Treibstoffe durch schadstofffreien Wasserstoff in Flugzeug- und Kraftfahrzeugantrieben könnte die Umweltbelastung erheblich senken, da der Kohlendioxid-Ausstoß dramatisch reduziert würde“, erklärte Dr.-Ing. Agata Godula-Jopek, Brennstoffzellenexpertin im Power-Generation-Team und Programmkoordinatorin bei EADS.

Duncan Gregory, Professor für Anorganische Materialien im Fachbereich Chemie der Universität Glasgow und Leiter des Forschungsprogramms, verändert mit Hilfe der Nanotechnologie die Struktur des Hydrisafe-Tanks, eines neuen, vom schottischen Start-up-Unternehmen Hydrogen Horizons entwickelten Baukonzepts.

Die Universität und EADS Innovation Works konnten die finanzielle Unterstützung für ein vierjähriges Promotionsforschungsprojekt sichern: Das zum UK Technology Strategy Board gehörende Materials Knowledge Transfer Network und der Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) werden die Forschungsarbeit eines Doktoranden an der Universität und am deutschen EADS-Standort Ottobrunn fördern.

Teil der Arbeit ist die Erprobung des Hydrisafe-Speichers mit alternativen Wasserstoffspeichermaterialien. Derzeit wird für den Tank eine handelsübliche Lanthan-Nickel-Wasserstoffspeicherlegierung (LaNi5) verwendet. Im Rahmen der Forschungsarbeit soll ein Ersatz für diese Legierung gefunden werden, durch andere Hydridmaterialien wie etwa nanoskalig verändertes Magnesiumhydrid (MgH2), das eine noch schnellere Aufnahme und Abgabe des Wasserstoffs ermöglicht.

Durch die modifizierte Speicherstruktur entsteht ein Feststoff- Wasserstoffspeichersystem mit verlängerter Lebensdauer, das eine Brennstoffzelle mit der für den Betrieb eines Flugzeugs erforderlichen Energiedichte versorgen könnte.

Prof. Gregory: „Die Verwendung neuer aktiver Nanomaterialien in Verbindung mit neuartigen Treibstoffspeicherstrukturprinzipien bietet eine vielversprechende Möglichkeit, um die beträchtlichen Herausforderungen, die mit der Einführung von Wasserstoff als Flugzeugtreibstoff einhergehen, zu meistern. Diese Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und Chemikern bzw. zwischen der Industrie und der Universität legt hierfür einen wichtigen Grundstein.

EADS Innovation Works und Prof. Gregorys Team bemühen sich derzeit um eine finanzielle Unterstützung der Europäischen Union, um ein europaweites Team von Partnern aus dem Hochschulsektor und der Industrie aufzubauen, das die größeren Zusammenhänge in Verbindung mit der industriellen Nutzung von Wasserstoff für den Antrieb von Flugzeugen und Kraftfahrzeugen untersucht.

Obwohl das enorme Potential der Brennstoffzellen-Technologie am Markt für mobile Brennstoffzellen weithin anerkannt ist, stellt die sichere, effiziente und kosteneffektive Speicherung des Wasserstoffs bisher noch ein zentrales Problem dar. Sollte das EU-Forschungsprojekt genehmigt werden, könnte es Wege zur Entwicklung einer praktikablen Feststoff-Wasserstoffspeicherung für mobile und Mikro-Brennstoffzellensysteme erforschen.

EADS ist ein weltweit führendes Unternehmen der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsgeschäft und den dazugehörigen Dienstleistungen mit einem Umsatz von € 42,8 Mrd. im Jahr 2009 und über 119.000 Mitarbeitern. Zu EADS gehören Airbus, Astrium, Cassidian und Eurocopter.

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