Wasserstoffauto Ganz ohne Druck tanken

Zumindest Laien können sich ein kleines Gähnen oft kaum verkneifen, wenn sie mit dem Schlagwort „Wasserstoffauto“ konfrontiert werden. Gefühlte tausend Male hat man davon gehört, und zwar seit gefühlten tausend Jahren. Gleich kommt sie, die ökologische Verkehrsrevolution, gleich, aber sicher in zehn bis fünfzehn Jahren. Dann wird nichts als reines Wasser aus unseren Auspuffrohren tropfen.

Doch jetzt hatte Robert Crabtree, Chemiker an der Yale University, eine dieser derart naheliegenden Ideen, bei denen man sich im Nachhinein immer fragt, warum das eigentlich nicht längst so gemacht wird. Den gewöhnlich gasförmigen Wasserstoff (H2) auch in großen Mengen sicher zu speichern und im Auto nutzbar zu machen ist zwar möglich, aber aus diversen Gründen mäßig praktikabel. Man denke nur an die komplett neue Infrastruktur, die etwa zum Hochdruck-Tanken nötig wäre. Sinnvoller wäre es doch, folgerte Crabtree, wenn man das bestehende Tankstellennetz nutzen und weiterhin Flüssigkeiten tanken könnte. Und das wäre gar nicht so schwer, wie Robert Crabtree mit seinen Kollegen Eric Clot und Odile Eisenstein kürzlich in den Chemical Communications zeigte.

Organische Flüssigkeiten als Speicher

Man brauchte also nur eine Flüssigkeit, die Wasserstoff speichern und kontrolliert wieder abgeben kann. Geeignet, so Crabtree, sind prinzipiell solche organischen Flüssigkeiten, deren Moleküle aus Kohlenstoffringen bestehen. Die stellt die chemische Industrie heute mit Standardverfahren in riesigen Mengen und zu erträglichen Preisen her. An diese Ringe lassen sich Wasserstoffatome chemisch fest binden, sie lassen sich aber auch wieder lösen. Man braucht einen Katalysator wie das Edelmetall Rhodium, dazu ordentlich Hitze. Das frei werdende H2-Molekül kann in der mit Sauerstoff unter Energiefreigabe reagieren - das Auto fährt.

Enthalten die ringförmigen Moleküle in dieser Flüssigkeit nur Kohlenstoffatome, ist die Bindung an den Wasserstoff allerdings so fest, dass man auf gut und gern 600 Grad Celsius hochheizen muss, bevor die gesättigte Flüssigkeit ihren Wasserstoff freigibt. Und diese Temperatur muss man dann ziemlich genau treffen, damit die organische Flüssigkeit nicht gleich mitverbrennt. Das erschien Crabtree zu unpraktisch. „Wir haben berechnet, dass man die nötige Aktivierungsenergie dramatisch senken kann, wenn man einfach heterozyklische Flüssigkeiten verwendet.“ Bei diesen Ringstrukturen ist mindestens ein Atom kein Kohlenstoff, sondern beispielsweise Stickstoff. Das schwächt die Bindung zum Wasserstoff, dieser wird also leichter verfügbar.

Etwa sechs Prozent H2 könnte der neue Sprit rein rechnerisch enthalten. Weil die Energiedichte schlechter ist als bei Benzin oder Diesel, müsste der Tank daher etwas mehr fassen können. Leer gefahren hat man diesen dann nicht, wenn das letzte Tröpfchen Treibstoff verbraucht ist, sondern wenn keine Wasserstoffatome mehr freigesetzt werden können. Dann heißt es ab zur Tankstelle, die alte Flüssigkeit abpumpen, neue wasserstoffgesättigte einfüllen lassen. Und weiter geht's.

Heterozyklische Flüssigkeiten wieder aufladbar

Professor Crabtree ist ein Mann, der sich bei seiner Universität bedankt, wenn aus Seifenspendern nicht mehr Flüssigseife, sondern Schaum kommt. Der enthält weniger Seife und ist daher umweltfreundlicher. An seiner Idee, Wasserstoff in heterozyklischen Flüssigkeiten zu speichern, hat er auch deswegen so viel Spaß, weil diese nach Gebrauch auch wieder mit Wasserstoff aufladbar sind. Einfach in gewöhnliche Tanklaster laden und in die Wiederaufbereitungsanlage bringen. Wegen möglichen Verunreinigungen auf dem Transportweg lässt sich dieser Kreislauf nicht unendlich oft wiederholen, „aber hundert bis tausend Mal sollte die Flüssigkeit schon wiederverwendet werden können“, sagt Crabtree. Gefährlicher als Benzin sind die meist farblosen Verbindungen erfreulicherweise nicht, manche sind sogar biologisch abbaubar. Einen kleinen Pferdefuß haben sie allerdings: Sie basieren bislang auf Erdöl, könnten dessen Verbrauch also nicht aufhalten, nur stark verlangsamen.

Daher sollte die Forschung sich, so Crabtree, vor allem daran orientieren, wie leicht und oft sich der neue Treibstoffhoffnungsträger recyclen lässt, wenn sie nach der geeignetsten unter den zahlreichen bislang zu ganz anderen Zwecken eingesetzten heterozyklischen Flüssigkeiten sucht.

Diese dann nach Gebrauch in industriellem Maßstab wieder zu hydrieren ist kein Problem und wird längst praktiziert. Das Schöne daran: Mit großen Mengen H2-Gas, Hochdruck und hohen Temperaturen wird nur in der Fabrik hantiert, die dabei entstehende Abwärme ließe sich weiter nutzen. Im Auto dagegen werden die Wasserstoffmoleküle nur nach und nach kontrolliert freigegeben. Der Prozess ist jederzeit abschaltbar. Insassen müssen also kein mulmiges Gefühl haben, weil sie auf einem fahrenden Gastank sitzen.

Wasserstoffwirtschaft nicht klimaneutral

Als mögliche Speichertechnologie ist Crabtrees Ansatz durchaus attraktiv. Einer seiner Mitarbeiter, Alan Cooper, forscht bereits bei einem der weltweit führenden Wasserstoffhersteller in dieser Richtung weiter, hat auch schon einen ersten Stoff patentieren lassen.

Allerdings, eine Wasserstoffwirtschaft, gleich welcher Form, ist an sich noch nicht klimaneutral. Das Wasserstoffgas muss ja unter hohem Energieeinsatz erzeugt werden, und der Strom dazu stammt typischerweise eher aus fossil befeuerten Kraftwerken denn aus Windkraftanlagen.

Einen konsequenten Weg geht da nur eine japanische Firma mit isländischem Namen: Hrein Energy - klingt so schön sauber, findet man bei Hrein, und ganz genau so sollen auch die Technologien sein, die sie entwickeln. Vor vier Wochen haben sie in einer Weltpremiere ein umgerüstetes Fahrzeug mit wasserstoffhaltiger organischer Flüssigkeit betankt und erfolgreich einige Runden im Nishiura Motor Park gedreht. Bei 50 Kubikzentimetern Hubraum dürfte das Tempo zwar recht mäßig, für einen Prototyp aber auch nicht schlecht gewesen sein. Als Tankflüssigkeit diente das aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehende Methylcyclohexan. Der bei der Hydrierung eingesetzte Wasserstoff wurde ökologisch korrekt ausschließlich mit Windkraft erzeugt. Nur auf den Dreh mit den so viel praktischeren stickstoffhaltigen Flüssigkeiten sind die Japaner noch nicht gekommen. Vielleicht sollten sie mal mit Crabtree telefonieren.