Chemiker des Leibniz-Instituts für Katalyse (Likat) in Rostock und der X’ian Jiatong Universität in China haben eine katalytische Reaktion für die Gewinnung von Wasserstoff aus Stroh, Holzschnitzen und anderen pflanzlichen Reststoffen vorgestellt. Wie das Likat mitteilte, zeichnet sich die Reaktion durch die Kombination zweier unterschiedlicher chemischer Verfahren in einem einzigen Reaktionsgefäß aus. – „One-pot“ sagen die Engländer dazu, und auch im Deutschen gibt es einen Begriff für dafür: die Eintopf-Reaktion.
Hintergrund ist, dass Wasserstoff als Gas ein enormes Volumen beansprucht. Herkömmlich speichert man es deshalb als Flüssigkeit bei -253 Grad Celsius oder unter hohem Druck. Effektiver ist es jedoch, Wasserstoff chemisch zu speichern, etwa in Ameisensäure. Deren Moleküle verwahren den Wasserstoff ohne Kühlung und Druck bis zu seinem Gebrauch, zum Beispiel in Brennstoffzellen für eine nachhaltige Stromerzeugung. Eine offene Frage war lange Zeit, wie sich die Ameisensäure ebenso effektiv wieder in Wasserstoff umwandeln lässt. Das funktionierte bis dahin nur bei höheren Temperaturen, was sich negativ auf die Energiebilanz auswirkte, und unter Bildung von Kohlenmonoxid, das nicht nur für Menschen, sondern auch für Brennstoffzellen giftig ist.
Einem Forscherteam des Likat unter Leitung von Likat-Direktor Matthias Beller und Arbeitsgruppenleiter Henrik Junge gelang es jedoch 2008, Wasserstoff bei Raumtemperatur aus Ameisensäure katalytisch freizusetzen. Seither ist die Ameisensäure im Zusammenhang mit der Wasserstoffwirtschaft weltweit zu einem heißen Thema geworden, sagte Junge. Neben dem Likat arbeiten Labors in der Schweiz, in Japan und in den Niederlanden daran.
Mit Stroh und Zigarettenfiltern
Der Trick des aktuellen Verfahrens zur Herstellung von Wasserstoff liegt in der Idee, zunächst einmal Ameisensäure herzustellen. Eine treibende Kraft an diesem Projekt ist Yang Li, die in Junges Gruppe als Postdoktorandin arbeitete. Inspiriert von den Arbeiten am Likat befasste sie sich zunächst mit der chemischen Aufspaltung von Biomasse. Sie experimentierte unter anderem mit Stroh und Lignocellulose (Holzschnitze), mit Bambus und Schilf. Nachdem Yang Li im ersten Schritt vom Stroh zur Ameisensäure gelangt war, musste sie nun im zweiten Schritt Wasserstoff gewinnen.
Die Herausforderung bestand nach Henrik Junges Worten darin, beide Schritte in einem einzigen Reaktionsgefäß ablaufen zu lassen. Es handelt sich um zwei verschiedene Verfahren mit zwei unterschiedlichen Katalysatoren, die sich in ein und derselben Reaktionslösung normalerweise ins Gehege kommen. Es galt dabei das richtige Paar zu finden, das friedlich koexistiert, denn alle Zutaten – etwa Stroh, Lösungsmittel, Katalysatoren – werden gemeinsam in den Topf gegeben. Dass dies tatsächlich gelang, hat die Fachzeitschrift „nature catalysis“ veranlasst, die Arbeit prominent zu präsentieren.
Prädestiniert für eine dezentrale Anwendung
Das One-pot-Vorgehen macht das Verfahren besonders attraktiv für eine dezentrale Anwendung in der Landwirtschaft. Gemeinsam mit Partnern lassen sich damit Pilotanlagen entwickeln, in denen die Aufbereitung von Biomasse und die H2-Produktion gekoppelt sind. – Ähnlich, wie dies für Windkraft schon existiert, und zwar durch Kombination mit der Elektrolyse, die „überschüssigen“ Strom, für den momentan kein Bedarf da ist, in Wasserstoff umwandelt.
Lesen Sie dazu auch: