Erste auf Methansäure basierende Brennstoffzelle entwickelt
Das HYFORM-PEMFC ist ein gemeinsames Projekt der GRT Group und einer Forschungsgruppe der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), die eine neue integrierte Methansäure-Wasserstoff-Brennstoffzelle entwickelt haben.
Das gemeinsam entwickelte Gerät verwendet Methansäure zur Speicherung von Wasserstoff, wobei es sowohl für den Hausgebrauch als auch für industrielle Anwendungen geeignet ist. Das HYFORM-PEMFC bietet in Bezug auf die Größe (ein Liter Methansäure trägt 590 Liter Wasserstoff), Transportfreundlichkeit, Sicherheit sowie geringe Betriebskosten erhebliche Vorteile. Außerdem ist es besonders umweltfreundlich.
Insbesondere Menschen, die in Regionen mit begrenztem oder ohne Zugang zum Stromnetz leben, aber auch Entwickler von Wasserstofftransportsystemen gehören zu den potenziellen Nutzern der HYFORM-PEMFC. Die Anlage kann z.B. eine Berghütte, ein abgelegenes Ferienhaus oder eine Forschungsstation mit Wärme und Strom versorgen. Zudem kann die Technologie auch skaliert werden, um so die Leistungsanforderungen von größeren Anlagen, etwa in der Industrie, zu erfüllen.
Der nächste Schritt für die GRT Group ist die Entwicklung eines vollständigen integrierten Systems zur Speicherung erneuerbarer Energien. So könnte beispielsweise überschüssige Solarenergie, die im Sommer produziert wird, im Winter zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden, wodurch Gebäude energetisch autark werden. Dieses Projekt wird die wirtschaftlichen Vorteile des Konzepts und sein tatsächliches Potenzial in einem integrierten Energiespeichersystem belegen.
Technologischer Kontext
Im Bereich der erneuerbaren Energiespeicher ist Wasserstoff einer der vielversprechendsten Energieträger. Die Nutzung von Wasserstoff zur Erzeugung von Wärme oder Elektrizität erzeugt keine Kohlenstoff- oder Partikelemissionen und hat somit keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt.
Das Problem ist, dass Wasserstoff einen sehr geringen Energiegehalt hat. Dies macht es sehr schwierig, ihn in seiner natürlichen Form (Gas) zu lagern und zu transportieren. Dafür wären sehr hoher Druck, sehr niedrige Temperaturen und teure Infrastrukturen nötig, woraus sich wiederum Sicherheits- und Kostenprobleme ergeben.
Die Alternativlösung besteht darin, einen Wasserstoffträger wie Methansäure zu verwenden, die einfachste Kombination von Wasserstoff und CO2. Es ist im Normzustand flüssig, einfach zu lagern, zu transportieren und zu handhaben, und kann weltweit in großen Mengen aus nachhaltigen Quellen hergestellt werden. Methansäure wird bereits häufig in der Landwirtschaft sowie in der Leder-, Gummi-, Chemie- und Pharmaindustrie verwendet.
Die Herausforderung liegt darin, den gespeicherten Wasserstoff energieeffizient aus der Methansäure zurück zu gewinnen. Hier kommen Katalysatoren ins Spiel, welche die Extraktion von Wasserstoff aus Methansäure erleichtern. Dieser kann dann durch eine Brennstoffzelle in Strom umgewandelt werden.
Das Projekt HYFORM-PEMFC
Das Gerät besteht aus zwei Hauptkomponenten, einem Wasserstoffreformer (HYFORM) und einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC). Der HYFORM-Reformer setzt einen Ruthenium-basierten Katalysator ein, um Wasserstoff zu extrahieren. Gleichzeitig arbeiten die Wissenschaftler daran Katalysatoren auf Basis noch preiswerter Materialien zu entwickeln.
Die HYFORM-PEMFC-Anlage produziert bis zu 7000kWh pro Jahr und hat eine Nennleistung von 800 Watt – mit einer solchen Leistung ließen sich beispielsweise 200 Smartphones gleichzeitig aufladen. Der elektrische Wirkungsgrad beträgt derzeit bis zu 45%. Solange die verwendete Methansäure nachhaltig produziert wird, ist die Brennstoffzelle vollständig nachhaltig und ermöglicht eine langfristige Speicherung erneuerbarer Energie. Die Lösung ist leise, emittiert sauberes Gas und erzeugt weder einen Kohlendioxidausstoß noch Partikel oder Stickoxide.
Gleichzeitig ist die HYFORM-PEMFC wartungsarm, benötigt keine Schwefelbehandlung und zeichnet sich durch eine stabile und sehr langanhaltende Katalysatorleistung aus. Die Technologie ist skalierbar und kann sowohl in privaten Haushalten als auch in industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Da es nur mit Methansäure betrieben werden muss, muss das System nicht an das Stromnetz angeschlossen werden, was es ideal für abgelegene oder unzugängliche Bereiche macht.
„Angesichts der steigenden Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre infolge menschlicher Aktivitäten wird die chemische Umwandlung von CO2 in nützliche Produkte immer wichtiger“, so Prof. Dr. Gabor Laurenczy. „Aus diesem Grund ist die nachhaltige Herstellung von Methansäure unter Verwendung von CO2 als Wasserstoff-Energie-Vektor von entscheidender Bedeutung. Die weltweite Nachfrage nach Methansäure steigt, insbesondere im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien. Denn Wasserstoffträger und ihre Herstellung auf Basis von CO2 – egal ob durch Hydrierung, aus Bioabfällen oder Biomasse – sind wesentlich nachhaltiger als bisherige Methoden.”
