Wasserstoff effizient erzeugen
Expertinnen und Experten sind sich einig: Wasserstoff wird beim Kampf gegen den Klimawandel eine Schlüsselrolle zukommen. In flüssiger Form eignet er sich, um Energie für Wochen oder Monate zu speichern. Das ist auch deshalb sehr wichtig, weil Windräder oder Solarpaneele manchmal zu viel Strom liefern, zu anderen Zeiten aber zu wenig. Eine mögliche Lösung: Die Überschüsse werden genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen. Bei Flaute oder Dunkelheit kann er wieder zu Strom umgewandelt werden. Weiterhin lässt sich Wasserstoff auch für den Betrieb von Autos oder Flugzeugen nutzen. Für all diese Pläne braucht es aber Technologien, mit denen sich das Gas effizient und in großer Menge erzeugen lässt. Sie gelten als ein wesentlicher Schlüssel zum Kampf gegen die Erderwärmung. An der Universität Augsburg erforschen verschiedene Arbeitsgruppen neue Möglichkeiten der Wasserstofferzeugung und -nutzung. „Im Prinzip kann man Wasserstoff in einem relativ einfachen Prozess durch Aufspaltung von Wasser herstellen“, erklärt Timon Günther, der am Institut „Materials Resource Management“ der Universität Augsburg promoviert. Wasser besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen, die an ein Sauerstoff-Atom gebunden sind. Bei der sogenannten Wasserelektrolyse werden diese Bindungen unter Einsatz elektrischer Energie gelöst. Dabei entstehen Wasserstoff- und Sauerstoff-Gas. Ziel ist es, Elektroden mit hoher Effizienz und langer Haltbarkeit herzustellen. Dabei kommt es nicht nur auf die Materialzusammensetzung, sondern auch auf seine dreidimensionale Struktur an. Um diese sichtbar zu machen, nutzen die Forschenden bei ihrer Arbeit unter anderem hochauflösende Elektronenmikroskopie- und Röntgenbeugungs-Verfahren. Zudem setzen sie Computermodellierungen ein, mit denen sie die Auswirkung bestimmter Maßnahmen auf die Eigenschaften der Elektroden vorhersagen können. Universität Augsburg arbeitet an Schlüsseltechnologien für den Kampf gegen den Klimawandel
Eine wichtige Rolle spielen bei diesem Vorgang die Elektroden, denn an ihnen findet die Aufspaltung des Wassers statt. Meist handelt es sich dabei um Metalle oder metallische Verbindungen. „Die Elektroden wirken als Katalysator – sie beschleunigen das Lösen der Bindungen und die Entstehung von Wasserstoff und Sauerstoff“, sagt Günther. „Dazu setzt man oft Edelmetalle wie Iridium oder Platin ein, da sie besonders gute Katalysatoren sind.“
Das Problem: Diese Materialien sind relativ selten. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Richard Weihrich, der Günther angehört, entwickelt daher stattdessen Alternativen aus unedleren Metallen wie z. B. Nickel. Zudem erforschen sie die Einsatzmöglichkeiten exotischer kristalliner Verbindungen, die als Hoffnungsträger für neue Elektrodenmaterialien gelten.
Doch auch die Nutzung des grünen Energieträgers bietet noch viel Raum für Effizienz-Steigerungen. Die Universität Augsburg ist bei dieser Fragestellung ebenfalls aktiv: In Kooperation mit der Technischen Hochschule Augsburg und Industriepartnern, gefördert durch das Land Bayern, arbeitet sie an der Entwicklung neuartiger Flugzeugmotoren mit.
Fliegen verschlingt viel Energie. Um in Flugzeugen ausreichende Mengen Wasserstoff mitführen zu können, muss dieser daher auf Temperaturen von unter -220 Grad gekühlt und dadurch verflüssigt werden. Die Idee hinter dem neuen Antrieb ist es, diese niedrigen Temperaturen zur Kühlung des Antriebs zu nutzen. Denn der Wasserstoff wird nicht direkt verbrannt, sondern in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt, die dann einen Elektromotor antreiben. Darin sind starke Magnete verbaut, die bei genügend starker Kühlung einen besonders guten Wirkungsgrad haben. Die energieaufwändige Verflüssigung des Wasserstoffs könnte sich gewissermaßen als Nebeneffekt nutzen lassen, um den Antrieb des Fliegers effizienter zu machen
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