Metallhydridspeicher

Metallhydride sind eine von verschiedenen Möglichkeiten, Wasserstoff zu speichern. Wie funktionieren Metallhydridspeicher? Wie wirksam sind Metallhydridspeicher? Dies, und für welche Technologien sie eine Rolle spielt, erklärt der folgende Artikel.

Wasserstoff Metallhydridspeicher

Was ist ein Metallhydridspeicher? Möglich ist die Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden, weil einige Metalle und Metalllegierungen in der Lage sind, gasförmigen Wasserstoff zu speichern. Dabei lagern sich die H-Atome – also Wasserstoff in gelöster Form – in sogenannten "Zwischengitterplätzen" ein.1 Metall und Gas gehen eine Verbindung ein, das Ergebnis ist ein Metallhydrid. Während bei der Wasserstoffaufnahme Wärme freigesetzt wird, muss man für die Abgabe Wärme zuführen und außerdem den Druck reduzieren. Als interessant gelten derzeit chemische Verbindungen wie Lithiumhydrid und Lithiumaluminiumhydrid sowie Natriumborhydrid und Amminboran.2

Solche Hydridspeicher gelten als aussichtsreiche Kandidaten für Wasserstoffspeicher, die in der Brennstoffzellen-Technologie eine wichtige Rolle spielen könnten. So könnten Wasserstoff-Brennstoffzellen oder Direktmethanol-Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen wie Laptops oder in Automobilen als Energieträger in Zukunft bedeutsamer werden.2

Metallhydridspeicher Funktionsweise

Die Metallhydridspeicher Funktion ist recht einfach erklärt: In den Tanks kann man Wasserstoff aufgrund der chemischen Reaktion zwischen Metall und Gas speichern. Der Wasserstoff wird chemisch gebunden, beziehungsweise vom Metall absorbiert, ohne dass dafür eine Kompression nötig wäre. Stattdessen funktioniert das feste Metallhydrid wie ein Schwamm, der das Gas aufnimmt und wieder abgibt. Will man den Wasserstoff aus dem Metallhydrid zurückgewinnen, muss man Wärme zuführen.5

Metallhydridspeicher Wirkungsgrad

Aufgrund verschiedener Eigenschaften erweist sich die Speicherung von Wasserstoff als vergleichsweise schwierig, herkömmliche Gastanks sind beispielsweise ungeeignet. Wasserstoff lässt sich nämlich nur bei entsprechender Kühlung verflüssigen, außerdem reagiert er heftig mit Sauerstoff und Chlor.4

Weitere Gründe sind die (im Vergleich zu anderen Kohlenwasserstoffen) niedrige Verbrennungsenthalpie und die damit einhergehende niedrige volumenbezogene Energiedichte. Da diese nur etwa 30 Prozent der Energiedichte von Erdgas entspricht, erfordert die Wasserstoffspeicherung gleicher Energiemengen einen dreimal so großen Tank beziehungsweise einen dreimal so hohen Druck wie für die Speicherung von Erdgas.4Die Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden zeigt einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad und wird daher als interessante Technologie und Alternative für die Einführung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen gehandelt.7 So zeichnen sich Metallhydridspeicher durch eine hohe Speicherdichte pro Volumen und einen niedrigen Speicher- und Befülldruck aus. Außerdem lässt sich die Abwärme für die Systemkühlung nutzen.3

Metallhydridspeicher Preise

Was kosten Metallhydridspeicher? Metallhydridspeicher bringen zahlreiche Vorteile mit sich, wenn es um die Handhabung und Sicherheit geht. Neben der Arbeit bei Normaldruck sind zum Beispiel die fehlenden Abdampfverluste zu nennen. Außerdem wird der Wasserstoff erst bei Zufuhr von Wärme abgegeben, das heißt, er bleibt auch bei einer Beschädigung des Tanks gebunden. Bereits jetzt werden Metallhydridspeicher kommerziell eingesetzt, beispielsweise in deutschen U-Booten. 6

Hinsichtlich des Volumens ist die Speicherkapazität von Metallhydridspeichern also sehr gut. Während die stationäre Verwendung von Metallhydriden nach Einschätzung von Experten daher viel Potenzial birgt, sind sie für mobile Anwendungen weniger gut geeignet. Das liegt vor allem an der Füllung mit dem Metall beziehungsweise der Legierung, wodurch die Behälter deutlich mehr wiegen als im leeren Zustand. Die Speicher sind dadurch vergleichsweise schwer und aufgrund der hohen Materialkosten auch sehr teuer. Wer für industrielle Anwendungen einen Metallhydridspeicher kaufen will, muss tief in die Tasche greifen. 5Die Preise können natürlich je nach Metallhydridspeicher-Hersteller variieren.

Haltbarkeit von Metallhydridspeichern

Wie lange halten Metallhydridspeicher? Metallhydride für die Wasserstoffspeicherung gelten als äußerst sicher und langlebig. Da der Wasserstoff erst bei Zufuhr von Wärme abgegeben wird, bleibt er auch bei einer Beschädigung des Behälters gebunden. Ein Vorteil gegenüber Druckgas- und Flüssigwasserstoffspeichern ist zudem, dass der Wasserstoff im Metallhydrid chemisch gebunden ist und nicht explosionsartig entweichen kann. Außerdem erlaubt die Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden eine überwiegend verlustfreie Speicherung und sehr langanhaltende Speicherung.8

Was sollte man noch über Metallhydridspeicher wissen?

Die Speichertechnologie mit Hilfe von Metallhydriden ist eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Speichermethoden und kommt schon heute probeweise in einigen Anwendungen zum Einsatz. Zum Teil ist der Entwicklungsbedarf des Speichermediums aber noch erheblich. Ein Problem für den Fahrzeugbau stellt vor allem die Tatsache dar, dass die derzeit vorhandenen Metallhydridspeicher sehr schwer sind, weil sie über eine geringe massenspezifische Speicherdichte verfügen. So würde ein Metallhydridbehälter, der einen normalen KFZ-Tank ersetzen soll, mehr als 250 Kilogramm wiegen.8

Fazit

Metallhydridspeicher stellen eine aussichtsreiche Möglichkeit der Wasserstoffspeicherung für die Industrie dar. Größte Nachteile dieser Speicheroption sind nach wie vor das vergleichsweise schwere Gewicht und der hohe Preis. Inwiefern Metallhydridspeicher für Wasserstoff in der Zukunft auch für anspruchsvolle Anwendungen wie Autos Verwendung finden werden, hängt von der weiteren Forschung und Entwicklung des Speichermediums ab.