Wasserstoff aus erneuerbarer Biomasse
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen
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ORGANISCHE ABFÄLLE AUS LANDWIRTSCHAFTLICHEN PRODUKTEN wie dieser Weizen könnten eines Tages für die
Herstellung von Wasserstoff eingesetzt werden.
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Werkstoffe im Energiesektor, klicken Sie hier.
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Ein neuer Nickelkatalysator könnte eine kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Wasserstoff
bieten.
Von Virginia Heffernan
Nickel Magazine, Oktober, 2003 -- Die Chemiker der University of Wisconsin
haben einen Katalysator auf Nickelbasis entwickelt, der eine wesentliche Rolle für die Entwicklung der
Wasserstoffwirtschaft spielen könnte.
Der Raney-Nickelkatalysator - benannt nach dem Wissenschaftler, der 1927 die Raney-Legierung patentieren ließ - kann aus gewöhnlichen pflanzlichen Quellen durch Umwandlung ihrer Nebenprodukte in Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoffgas (H2) Wasserstoff erzeugen.
Dieser Trick lässt sich auch mit Platin bewerkstelligen, doch dieses Edelmetall ist teuer und oftmals schwer zu beschaffen. Durch die Notwendigkeit einer kostengünstigen Alternative motiviert testeten die Forscher in Wisconsin mehr als 300 Katalysatoren, bevor sie auf Raney-Nickel, eine Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Nickelanteil von 90 Gewichtsprozent, stießen.
Aber Raney-Ni war nicht die perfekte Lösung. Obwohl die Legierung bei der Umwandlung von Zuckerwasser (einer aus zermahlenem pflanzlichen Material gewonnenen glukosereichen organischen Substanz) in Wasserstoff eine ebenso gute Leistung erbrachte wie ihr Pendant aus Platin und Aluminium, produzierte die Reaktion an der katalytischen Oberfläche gleichzeitig auch Methan, das ein Treibhausgas ist. Deshalb versuchten die Wissenschaftler es mit einer Zinnzugabe.
"Um die Bildung von Methan zu verhindern, legierten wir das Nickel mit Zinn, und es gelang uns, hauptsächlich CO2 und H2, d.h. die erwünschten Reaktionsprodukte, zu erzeugen", erklärt James Dumesic, der leitende Forscher des Projekts, der seine Erkenntnisse in der Ausgabe von Science vom 27. Juni 2003 erläutert. "Die Nickel-Zinn-Verbindung ist um einige Größenordnungen billiger als Edelmetalle mit gleichartigen Eigenschaften."
Diese Entdeckung ist signifikant, weil sie erstmals eine kosteneffiziente Möglichkeit bieten könnte, Wasserstoff für Treibstoffzellen unter Verwendung erneuerbarer Rohstoffe zu erzeugen. Treibstoffzellen (siehe ergänzenden Bericht) sind eine saubere und hoch effiziente Alternative zur traditionellen, auf fossilen Brennstoffen beruhenden Energieherstellung, doch wurden ihre Weiterentwicklung und ihr Einsatz bisher der hohen Kosten wegen verhindert.
"Der neue Nickel-Zinn-Katalysator ist billig genug, um auf dem Elektrizitäts- und Brennstoffmarkt wettbewerbsfähig zu sein, so lange der Rohstoff für das Zuckerwasser zu geringen Kosten erhältlich ist", erklärt Dumesic. "Die ersten Anwendungen dieses Verfahrens könnten im Bereich der mobilen Brennstoffzellen stattfinden, mit deren Hilfe beispielsweise Energie für Laptops, für militärische Geräte und eines Tages vielleicht sogar für Autos bereit gestellt wird."
In diesen Arten von Anwendungen würden Batterien dann durch Kartuschen ersetzt, die mit einer unschädlichen Flüssigkeit wie Glyzerin gefüllt sind.
Der Katalysator transformiert Zuckerwasser unter Verwendung eines als APR ("Aqueus Phase Reforming") bezeichneten Verfahrens zu Wasserstoff. Beim APR werden die C-C-, C-H- und/oder O-H-Bindungen in Verbindungen mit einem C:O-Verhältnis von 1:1 (Kohlenhydrate) gespalten, um an der katalytischen Oberfläche adsorbierte Spezies zu ergeben. Um für die Wasserstoffproduktion geeignet zu sein, muss der Katalysator die Spaltung der CC-Bindung erleichtern, während er gleichzeitig die Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion fördert, die die adsorbierten CO-Spezies entfernt. Der modifizierte Raney-Ni-Katalysator erfüllt diese Anforderungen.
Andere Verfahren zur Produktion von Wasserstoff verwenden eine Dampfreformierung von fossilen Brennstoffen, einen komplizierten, drei Reaktoren umfassenden Prozess, der Temperaturen von mehr als 625 °C erfordert. Das APR-Verfahren ist überlegen und für Anwendungen im Transportbereich wohl besser geeignet, weil es einen erneuerbaren Rohstoff verwendet und nur einen einzigen Reaktor sowie Temperaturen von nur 225 °C benötigt.
Die Forschungstätigkeit wird von der Firma Virent Energy Systems, die derzeit gerade einen größeren Reaktor baut, um das Verfahren zu testen, weiter entwickelt und auf den Markt gebracht. Die Division of Energy von Wisconsin ist von der Möglichkeit eines Einsatzes des APR-Verfahrens zur Umwandlung der Abgase von Nahrungsmittelerzeugern und anderen Unternehmen in Energie begeistert und gewährt der Firma Virent sowohl für die Unternehmensentwicklung als auch für ihre Entwicklungs- und Forschungstätigkeit entsprechende Subventionen.
Virginia Heffernan ist eine in Toronto ansässige freie Mitarbeiterin
FOTO: Tim Pelling
 James Dumesic |
