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Lauenburg E-Mobilität: Geesthachter bauen bessere Wasserstofftanks
Lokales Lauenburg E-Mobilität: Geesthachter bauen bessere Wasserstofftanks
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17:37 09.04.2019
Ein Forscherteam um Thomas Klassen entwickelt am Helmholtz-Zentrum Geesthacht Leichtmetallhydride, die besonders gut Wasserstoffatome binden. Quelle: Holger Marohn
Geesthacht

„In unseren Tanks kann doppelt so viel Wasserstoff gespeichert werden wie in bisher üblichen Tanks“, sagt Thomas Klassen, Leiter des Instituts für Werkstoffforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht. Oder anders ausgedrückt: Mit der gleichen Tankgröße hätten die Autos eine doppelt so große Reichweite wie Autos mit einem klassischen Wasserstofftank – und das unter deutlich weniger Druck.

Legierungen ermöglichen weniger Druck

Das Geheimnis ist Metallhydrid. Denn obwohl der Gasspeicher bereits voll mit kilogrammweise kleinen Metallkügelchen ist, kann er doppelt soviel Wasserstoff aufnehmen, als wenn er leer wäre – und das alles bei bedeutend weniger Druck. Denn durch das Metall im Speicher spalten sich die Wasserstoffmoleküle auf und die beiden Wasserstoffatome werden von den Kristallstrukturen der Metallhydride „absorbiert und aufgesogen wie von einem Schwamm“. Hatten sich die Wasserstoffmoleküle vorher gegenseitig abgestoßen, können sie in der neuen Verbindung ohne große Abstoßungsreaktion eingelagert werden. Und genau das sorgt für deutlich weniger Druck.

Das Helmholtz-Zentrum

Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG) ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung. Sie ist eines von 19 Mitgliedern in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Das HZG wurde 1956 als GKSS gegründet und ist heute Schleswig-Holsteins größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung. Weitere Standorte sind Teltow, Hamburg und München.

Am HZG arbeiten 950 Mitarbeiter aus etwa 50 Nationen. Der Jahresetat des HZG beträgt etwa 90 Millionen Euro. 65 Millionen Euro davon finanzieren der Bund und die vier Bundesländer Schleswig-Holstein, Hamburg, Brandenburg und Niedersachsen.

So ganz neu ist die Idee der Geesthachter Forscher allerdings nicht. Schon früher wurde in diesem Bereich geforscht und entwickelt. So werden Metallhydridspeicher beispielsweise in U-Booten eingesetzt.

Wärme ist die Herausforderung

„Das Problem war, dass die ursprünglich verwendeten Metallkügelchen sehr schwer waren“, sagt Klassen. Eine mobile Verwendung solcher Speicher in Autos auf der Straße daher wirtschaftlich quasi nicht möglich. Mit seinem Team arbeitet Klassen daher an Legierungen, die einerseits aus besonders leichtem Material bestehen und andererseits besonders aufnahmefreundlich für die Wasserstoffatome sind.

Denn auch hier liegt der Teufel wie so oft im Detail. So entsteht bei dem Spaltungsprozess je nach Legierung mehr oder weniger Wärme. Und diese eine abgegebene Wärme muss auch wieder zugeführt werden, wenn das Metallhydrid den Wasserstoff wieder freigeben soll. Ziel ist also eine Legierung zu finden, die einerseits leicht ist und andererseits mit wenig Wärme auskommt.

Förderung vom Bund

Doch das Forscherteam um Klassen ist schon sehr weit vorangekommen. So weit, dass inzwischen auch der Volkswagen-Konzern auf das Projekt aufmerksam geworden und eine Partnerschaft eingegangen ist. Und die Bundesregierung fördert dieses gesamte Projekt mit 2,4 Millionen Euro, wobei dem HZG davon 1,8 Millionen Euro zur Verfügung stehen.

Ziel der Arbeiten ist es, anhand eines feststehenden Demonstrator-Tanksystems die Betankung mit fünf Kilogramm Wasserstoff in höchstens zehn Minuten zu zeigen und eine Fahrzeugbrennstoffzelle, zunächst während des neuen WLTP-Fahrzyklus (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure), mit ausreichend Wasserstoff zu versorgen, indem nahezu ausschließlich die Abwärme der Brennstoffzelle für die Wasserstofffreisetzung genutzt wird, heißt es in einer offiziellen Erklärung des HZG.

Und aus dem Hause Volkswagen heißt es: „Nach Abschluss des Projektes werden wir wissen, für welchen Fahrzeugtyp die Hydridspeicher-Technologie sinnvoll zur Wasserstoffspeicherung eingesetzt werden könnte.“

Lokale Firmen eingebunden

Doch nicht nur Volkswagen und das HZG sind in das Projekt eingebunden – auch der Geesthachter Anlagenbauer Stühff mit Sitz an der Mercatorstraße. Dort werden die eigentlichen Tanks für die Autos entwickelt. Denn durch die geringeren Drücke sind auch andere Formen als die bekannte Flaschenform möglich.

Um die Wasserstofftanks in Autos auch flächendeckend auf die Straße zu bringen, reichen Autos allein nicht aus. Es muss auch ein Tankstellennetz her. Eine der Herausforderungen ist dabei, die logistische Versorgung dieser Einrichtungen mit Wasserstoff. Eine Belieferung dieser Stationen mit Tankwagen wie bei klassischen Tankstellen gilt als nicht realisierbar.

Wasserstoff im Gasnetz

Eine andere Möglichkeit ist der Transport mit Pipelines, also Gasleitungen. „Hier könnte das bereits vorhandene Leitungsnetz genutzt werden“, sagt Klassen. Anders als bei den Stromleitungen für den Windstrom, seien im Gasnetz noch große Reserven vorhanden. So könnte der Wasserstoff dort einfach in das Heizgas gemischt und so über vorhandene Leitungen zu den Tankstellen transportiert werden.

Vor Ort müsste an Verteilstationen dann nur irgendwie der Wasserstoff wieder aus dem Heizgas herausgefiltert werden. Doch die HZG-Forscher wären nicht Forscher am HZG, wenn sie nicht auch hier an einer Lösung arbeiten würden. In der Polymerforschung des HZG wird derzeit an Membranen gearbeitet, die genau dieses können sollen.

Holger Marohn

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