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KATALYSE-Journal | Artikel Nr.: 14123

Frankfurt, 08.05.2008: Eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit ist die ausreichende und umweltfreundliche, ressourcenschonende Versorgung unserer Gesellschaft mit Energie. Der Wasserstofftechnologie kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Björn Loges, Albert Boddien, Henrik Junge und Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock ist es nun erstmalig gelungen, Wasserstoff kontrolliert aus Ameisensäure zu erzeugen - ohne dass, wie bei anderen Wasserstoff generierenden Systemen, ein Hochtemperatur-Reformierungsprozess notwendig ist.


Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, kann dieser bei Raumtemperatur gewonnene Wasserstoff direkt in Brennstoffzellen eingesetzt werden.

Eine mit Wasserstoff gilt wegen seiner sauberen Verbrennung als Energieträger der Zukunft. Er verbrennt zu Wasser, dabei wird kein klimawirksames Kohlendioxid gebildet. Lediglich bei hohen Temperaturen kommt es durch Reaktion mit der Luft zur Bildung von Stickoxiden. Wasserstoff betriebene Eine B. setzt mit Hilfe einer elektrochemischen Reaktion chemische Energie direkt in elektrische Energie (Strom) um, ohne Umweg über die Verbrennung. Brennstoffzelle ist die sauberste Energiequelle, denn sie emittiert nur eine Art von Abgas: Wasserdampf. Wasserstoff lässt sich bisher jedoch nicht auf praktikable Weise transportieren und speichern - Wasserstoff ist ein Gas und kann nicht einfach wie Benzin in einen Tank gefüllt werden. Bisherige Speichermedien sind groß und schwer, teuer und aufwändig. Sinnvoller erscheint daher die Kopplung mit einem Wasserstofferzeuger, der die Brennstoffzelle direkt und genau dann mit Wasserstoff versorgt, wenn er gebraucht wird. Neben Methan und Methanol zählen vor allem nachwachsende Rohstoffe, wie Biomasse und deren Fermentationsprodukte (z.B. Bioethanol), zu den aussichtsreichsten Ausgangsmaterialien für diese Technologie. Gravierender Nachteil: die Umsetzungen laufen erst bei Temperaturen oberhalb 200 °C und fressen damit selbst einen Teil der erzeugten Energie.

Die Rostocker Forscher haben nun einen praktikablen Lösungsansatz entwickelt. Sie erzeugen Wasserstoff aus Ameisensäure (HCO2H). In Anwesenheit eines Amins (z.B. N,N-Dimethylhexylamin) und mit Hilfe eines geeigneten Katalysators, beispielsweise dem kommerziell erhältlichen Ruthenium- siehe Phosphorwasserstoff. Phosphin - Gesamtheit; Verbindungen, die nicht durch Zusammenschluß von Atomen, sondern von Molekülen entstehen. Komplex [RuCl2(PPh3)2], wird die Ameisensäure bereits bei Raumtemperatur selektiv zu Farbloses, unbrennbares, schwach säuerliches riechendes und schmeckendes Gas. In freiem Zustand natürlicher Bestandteil von Luft (0,03 – 0,036 Vol.-Prozent) und Mineralquellen. Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff umgesetzt. Ein einfacher Aktivkohlefilter reicht, um das Wasserstoffgas brennstoffzellengerecht zu reinigen.

Mit Hilfe der Ameisensäure als "Wasserstoffspeicher" lassen sich die Vorteile der etablierten Wasserstoff/ Chemisches Element der VI. Hauptgruppe, Symbol O, Ordnungszahl 8, Siedepunkt –182,97 °C, Schmelzpunkt –218,79 °C, bei Normalbedingungen farb- und geruchloses Gas, tritt normalerweise als S.-Molekül auf, kann aber auch kurzzeitig atomar oder als Ozon auftreten. Es ist das häufigste Element auf der Erde (Erdrinde 46,5 Gew-%, Gewässer 89 Gew-%, Luft 23 Gew-%). Sauerstoff -Brennstoffzellentechnologie mit denen von flüssigen Brennstoffen vereinen. Ameisensäure ist ungiftig und einfach zu speichern. Da sich Ameisensäure katalytisch aus CO2 und aus Als B. wird die auf der Erde vorhandene organische Substanz in lebenden, toten oder zersetzten Organismen bzw. deren Exkrementen bezeichnet. Biochemische Grundlage jeglicher B. ist der Kohlenstoff. Alle B. ist durch die von grünen Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie entstanden. Biomasse gewonnenem Wasserstoff erzeugen lässt, ist dieser Zyklus im Prinzip CO2-neutral.

Statt B. ist ein Kraftstoff für Ottomotoren, auch Vergaserkraftstoff oder Ottokraftstoff genannt. Benzin zukünftig Ameisensäure verwenden? Nicht auszuschließen, aber zunächst einmal wahrscheinlicher sind Anwendungen, die geringere Energiemengen benötigen. "Für den Einsatz von Brennstoffzellen in tragbaren elektrischen Geräten," so Beller, "könnte die gerade am Anfang stehende Ameisensäure-Technologie bereits in Kürze interessante neue Perspektiven eröffnen."

Autor: Matthias Beller, Universität Rostock (Germany), http://www.catalysis.de/Beller-Matthias.239.0.html


Bild: pixelio.de, Günther Dotzler

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