Neue Brennstoffzelle schluckt Ammoniak

Schwere und sperrige Tanks werden dank einer Lösung der University of Delaware überflüssig. [...]

Entwickler Yan mit Modell eines Ammoniakmoleküls. (c) udel.edu, Joy Smoker

Ammoniak könnte der neue Brennstoff für E-Autos werden. Forscher der University of Delaware wollen damit neu konstruierte Brennstoffzellen versorgen, die Strom herstellen. Der Vorteil: Ammoniak lässt sich, anders als Wasserstoff, der normale Brennstoff für Brennstoffzellen, in drucklosen Tanks transportieren, eben wie Benzin oder Diesel. Wasserstoff dagegen benötigt mächtige Drucktanks, die 600 bar oder mehr aushalten – ein logistisches und auch platzbedingtes Problem.

Membran lässt Hydroxide durch

Ammoniak besteht aus Stickstoff und Wasserstoff. Normale Brennstoffzellen können mit dieser Flüssigkeit nichts anfangen. Das ist das erste Hindernis, das zu überwinden war. Außerdem ist es weitaus schwieriger, den vom Stickstoff festgehaltenen Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft zu verschmelzen, sodass Strom fließt. Die Forscher lösten das Problem mit einer neuen Membran, die keine Protonen, sondern Hydroxide passieren lässt. An dieser Technik arbeitet ein Team um den Ingenieur Professor Yushan Yan seit mehr als einem Jahrzehnt.

Die Membran war nur Teil der Lösung. Der andere bestand in der Erhöhung der Betriebstemperatur, um die Reaktion von Sauerstoff mit dem Wasserstoff des Stickstoffs zu beschleunigen und damit die Stromproduktion anzukurbeln. Außerdem entwickelten die Experten neue Katalysatoren, die vom aggressiven Ammoniak nicht zerstört werden.

Harmloser Stickstoff als Abgase

Brennstoffzellen dieser Art emittieren neben Wasser lediglich Stickstoff, der für die Umwelt unschädlich ist – die Atmosphäre enthält in Erdnähe rund 78 Prozent Stickstoff. Brennstoffzellen funktionieren auch mit anderen flüssigen Wasserstoffträgern wie Methanol, doch diese enthalten Kohlenstoff, sodass die Emissionen Kohlendioxid enthalten – das Klimagas, das unbedingt vermieden werden muss.

Die neue Ammoniak-Brennstoffzelle liefert zwar weniger Strom als ein Aggregat, das mit Wasserstoff betrieben wird. Doch der Unterschied ist nicht mehr allzu groß, sagt Yun Zhao, der zum Team gehört. Ein Problem konnten die Forscher allerdings nicht lösen: Die Herstellung von Ammoniak benötigt sehr viel Energie. Heute wird der benötigte Wasserstoff vor allem aus Erdgas gewonnen. Dabei fallen CO2-Emissionen an. Ebenfalls fossile Energie ist nötig, um Wasserstoff und Stickstoff auf bis zu 500 Grad Celsius zu erhitzen, damit sie zu Ammoniak verschmelzen. Erst wenn Wind- und Solarstrom die fossilen Energieträger ablöst, wird die Brennstoffzelle wirklich umweltfreundlich.

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