Autor: Louis A. Venetz

Dipl. Ing. FH in Systemtechnik
Freier Fachjournalist BR (VIF, SFJ)

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Fester H₂-Speicher – die Lösung für den Campus

https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/08/eisen-als-guenstiger-wasserstoffspeicher.html
Die ETH-Forschenden Samuel Heiniger (links, mit einem Glas Eisenerz) und Professor Wendelin Stark vor den drei Eisenreaktoren am Campus Hönggerberg der ETH Zürich. (Bild: ETH Zürich)

ETH Zürich verwendet eine reversible Methode, um Wasserstoff H₂ sicher und langfristig zu speichern.

Bis 2050 soll Photovoltaik über 40 Prozent des Schweizer Strombedarfs decken. Doch Solarstrom fliesst nicht immer dann, wenn man ihn braucht: Im Sommer gibt es zu viel davon und im Winter, wenn die Sonne seltener scheint und Wärmepumpen auf Hochtouren laufen, zu wenig. Gemäss der Energiestrategie des Bundes will die Schweiz die Winterstromlücke mit einer Kombination aus Importen, Wind- und Wasserkraft sowie durch alpine Solaranlagen und Gaskraftwerke schliessen.

Eine Möglichkeit, den Anteil der Importe und von Gaskraftwerken im Winter möglichst klein zu halten, ist die Produktion von Wasserstoff aus günstigem Solarstrom im Sommer, der dann im Winter verstromt werden könnte. Doch Wasserstoff ist hochentzündlich, extrem flüchtig und macht viele Materialien spröde. Um das Gas vom Sommer bis in den Winter zu speichern, sind spezielle Druckbehälter und Kühltechniken erforderlich. Diese benötigen viel Energie und der Bau der Speicheranlagen ist aufgrund der vielen Sicherheitsvorkehrungen sehr teuer. Zudem sind Wasserstofftanks nie ganz dicht, was die Umwelt belastet und zusätzliche Kosten verursacht.

Wendelin Stark, ETH-Professor für funktionale Materialien am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften, haben nun eine neue Speichertechnik entwickelt, um Wasserstoff saisonal zu speichern. Diese Art der Speicherung ist viel sicherer und günstiger als bestehende Lösungen. Dazu nutzen die Forschenden eine bekannte Technologie und das vierthäufigste Element der Erde: Eisen.

Fig. 1 (a) Mismatch between the annual PV production and electricity demand in Switzerland in 2017. The production and demand are both normalized to their annual average values, corresponding to a future situation where production and demand are equal (100% on the horizontal axis in b). (b) Self-sufficiency in winter (defined as the time duration that solar PV and storage could cover the electricity need from Dec to Feb) as a function of installed PV capacity. Three cases are presented: no storage; with day–night storage (e.g. batteries in households); and with both day–night and seasonal storage (detailed calculation in ESI Notes 2–3†). (c and d) Schematic representation of iron-based seasonal energy storage. => Safe seasonal energy and hydrogen storage in a 1 : 10 single-household-sized pilot reactor based on the steam-iron process.
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Fester H₂-Speicher – die Lösung für zu Hause

https://www.leibniz-gemeinschaft.de/institute/leibniz-institute-alle-listen/leibniz-institut-fuer-katalyse-ev
Katalyse ist die Wissenschaft von der Beschleunigung chemischer Elementarprozesse. Durch die Anwendung leistungsfähiger Katalysatoren laufen chemische Reaktionen bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausbeute, Vermeidung von Nebenprodukten und Senkung des spezifischen Energiebedarfs ressourcenschonend ab. Der globalen Forderung nach einer effizienten Nutzung aller Ressourcen kann nur mit einer effizienten Katalyseforschung entsprochen werden. Schon gegenwärtig durchlaufen vier von fünf chemischen Produkten bei Ihrer Herstellung einen Katalysezyklus. So stellt die Katalyse eine Querschnittswissenschaft dar, die dazu beiträgt, Lösungen für die wesentlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts zu finden.

Wir «backen» uns einen Wasserstoffspeicher wie eine einfache Zutat wie Natron, die die Energiewende befördert

Noch immer suchen Forscher nach einem idealen Weg zur sicheren und stabilen Speicherung von Wasserstoff, dem Hoffnungsträger der Energiewende. Wie sich dieses flüchtige und brennbare Gas gefahrlos und mit einfachen „Zutaten“ bändigen lässt, darüber berichten Forscher vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock, LIKAT, und der Firma H2APEX in der jüngsten Ausgabe von NATURE COMMUNICATION.

Sie entwickelten gemeinsam ein homogenes Katalysatorsystem, mit dem sie Wasserstoff (H₂) an Kaliumbikarbonat binden und auf diese Weise sicher und stabil chemisch speichern können. Bikarbonat ist ein Salz der Kohlensäure, landläufig als Backpulver oder Natron bekannt.

A Green hydrogen pathway from production to utilization. Excess energy from renewable sources can be used to electrolyze water. The hydrogen can then be chemically stored in so called hydrogen carriers (HC) and released using suitable catalysts. Finally, energy can be recovered via combustion or fuel cell5. B Overview of volumetric and gravimetric energy densities for various energy carriers30,31. C Chemical hazards of loaded HC compared to H2. [1] Hazardous symbols are listed for DBT. => Nature Communication
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Jules Verne 1874: «Wasser ist die Kohle der Zukunft»

Was bedeuten die Elemente O₂ und H₂ für die Energiewende?

«Wasser ist die Kohle der Zukunft» hat Jules Verne in seinem Roman «Die geheimnisvolle Insel» 1874 geschrieben und ist heute immer noch Zukunft. Ob er wohl damit gerechnet hat, dass es bis zur Zukunft bald schon anderthalb Jahrhunderte dauert? Viele Länder der Erde haben sich auf den letzten Konferenzen zum Kampf gegen den Klimawandel bekannt. Die Ausbeutung und der Missbrauch fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas soll zurückgefahren werden, um etwa bis Mitte des Jahrhunderts «klimaneutral» zu sein. Dabei soll endlich ein Element an Bedeutung gewinnen, über welches die Menschheit in kläglicher und beschämender Weise jahrhundertelang darüber hinweg stolpert(e): das chemische Element Wasserstoff H₂, welches am meisten in unserem Universum vorkommt. Wäre das nicht eine Chance für Europa oder überlassen wir diese Ressource wieder «den anderen zur Ausbeutung und zum Missbrauch»?

Die Investigativ Sendung MDR WISSEN zeigt, was Wasserstoff wirklich leisten könnte und was das Element H₂ für die Energiewende beispielsweise aber nicht nur in Deutschland bedeuten könnte. Wasserstoff ist vierzehnmal leichter als Luft, unsichtbar und geruchlos. Um das Element «fassbar» zu machen, begab sich die MDR-WISSEN-Reporterin Daniela Schmidt auf eine «Reise» quer durch Deutschland. Der Film zeigt, wo Wasserstoff in Zukunft eine Rolle spielen könnte, von energieautarken Einfamilienhäusern bis hin zu riesigen Stahlwerken. Die Zuschauer erfahren, wie das Element im Elektrolyseur gewonnen wird, was es mit grünem, blauem, rotem und grauem Wasserstoff auf sich hat und ob Wasserstoff wirklich so gefährlich ist, wie viele seit der Explosion des Zeppelins Hindenburg oder gar der Wasserstoffbombe denken.

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