Forscher entwickeln ein wasserstoffbasiertes Kraftstoffsystem für Kraftfahrzeuge ohne Treibhausgasemissionen, bei dem eine durch einen Katalysator umgewandelte Flüssigkeit zum Einsatz kommt. Dieser Ansatz befindet sich noch in der Forschung, steht jedoch vor Herausforderungen wie der Haltbarkeit des Katalysators und der Umweltfreundlichkeit der Wasserstoffproduktion, was die Notwendigkeit verdeutlicht, politische Unterstützung für erneuerbare Energien zu finden.

Forscher der schwedischen Universität Lund haben ein innovatives Kraftstoffsystem für Fahrzeuge entwickelt, das zyklisch arbeitet und so die Treibhausgasemissionen minimiert. Das System nutzt eine einzigartige Flüssigkeit, die in Kombination mit einem festen Katalysator in Wasserstoffkraftstoff für den Einsatz in Autos umgewandelt wird. Nach Gebrauch wird die verbrauchte Flüssigkeit aus dem Kraftstofftank des Autos entnommen, mit Wasserstoff aufgefüllt und kann erneut verwendet werden. Durch diesen Prozess entsteht ein geschlossenes Kreislaufsystem, das die Umweltbelastung deutlich reduziert.

Forscher der Universität Lund haben die Wirksamkeit dieser Methode in zwei Forschungsartikeln nachgewiesen, und obwohl sie sich noch im Stadium der Grundlagenforschung befindet, hat sie das Potenzial, in Zukunft zu einem effizienten Energiespeichersystem zu werden.

Ola Wendt, Professor am Fachbereich Chemie der Universität Lund und einer der Autoren des Artikels, sagte: „Unser Katalysator ist einer der effektivsten Katalysatoren, die derzeit verfügbar sind, zumindest den veröffentlichten Forschungsergebnissen zufolge.“

Klimaauswirkungen bekämpfen und Wasserstoff erforschen

Um die CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe zu reduzieren, müssen alternative Methoden zur Energieerzeugung, -speicherung und -umwandlung gefunden werden, um die Auswirkungen auf das Klima zu verringern. Ein solcher Ansatz ist das viel diskutierte Wasserstoffgas, von dem viele glauben, dass es eine Lösung für die zukünftige Energiespeicherung darstellt. Die Natur speichert Energie in chemischen Bindungen und Wasserstoffgas hat im Verhältnis zu seinem Gewicht die höchste Energiedichte. Da Gase jedoch schwer zu verarbeiten sind, beschäftigen wir uns mit wasserstoffgefüllten flüssigen Kraftstoffen, die über Pumpen gefördert werden können, ähnlich wie sie heute an Tankstellen abgegeben werden.

Dieses als LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) bekannte Konzept ist nicht neu. Die Herausforderung besteht nun darin, einen möglichst effizienten Katalysator zu finden, der Wasserstoff aus Flüssigkeiten extrahieren kann.

Das System soll eine mit Wasserstoff „aufgeladene“ Flüssigkeit verwenden. Die Flüssigkeit wird durch einen festen Katalysator gepumpt und extrahiert dabei den Wasserstoff. Dies kann in Brennstoffzellen (Umwandlung von chemischem Brennstoff in Elektrizität) verwendet werden, wobei die „verbrauchte“ Flüssigkeit in einen anderen Tank geleitet wird. Die einzige Emission ist Wasser.

Die verbrauchte Flüssigkeit kann an der Tankstelle entsorgt und mit neuer, aufgeladener Flüssigkeit aufgefüllt werden. Das könnte bedeuten, dass die Substanz in großem Maßstab produziert wird, der den heutigen Ölraffinerien entspricht.

Die Forscher wandelten mehr als 99 % des in der Flüssigkeit enthaltenen Wasserstoffs um und berechnen, ob der Kraftstoff auch in größeren Fahrzeugen wie Bussen, Lastwagen und Flugzeugen eingesetzt werden könnte.

„Mit ihren großen Kraftstofftanks kann man wahrscheinlich fast die gleiche Strecke zurücklegen wie mit einer Tankfüllung Diesel“, sagt Ora-Winter. „Außerdem kann man im Vergleich zu komprimiertem Wasserstoff etwa 50 Prozent mehr Energie umwandeln.“

Komponenten und Herausforderungen

Die in der Studie verwendeten Flüssigkeiten waren Isopropylalkohol (ein häufiger Bestandteil von Bildschirmreinigern) und 4-Methylpiperidin. Klingt das nicht ein bisschen zu schön, um wahr zu sein? Ja, zumindest im Moment gibt es einige Herausforderungen. Zum einen ist die Lebensdauer des Katalysators recht begrenzt. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass es sich bei dem Iridium, auf dem der Katalysator basiert, um ein Edelmetall handelt.

„Aber wir schätzen, dass jedes Auto etwa zwei Gramm Iridium benötigt“, sagte Ola Wendt. „Das ist vergleichbar mit heutigen Abgasreinigungskatalysatoren, die etwa drei Gramm der ebenfalls Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium enthalten.“

Dabei handelt es sich um eine technische Lösung, die auf Grundlagenforschung basiert. Sollte die Entscheidung getroffen werden, ein fertiges Produkt herzustellen, könnte das Konzept nach Ansicht der Forscher innerhalb eines Jahrzehnts umgesetzt werden, sofern es wirtschaftlich machbar und gesellschaftlich interessant ist.

Ein weiteres Problem ist die Herstellung von Wasserstoff – derzeit ist die Wasserstoffproduktion größtenteils nicht klimafreundlich. Hinzu kommt die Notwendigkeit, den Wasserstoff effizient zu speichern und zu transportieren, was heute nicht mehr so ​​einfach ist. Darüber hinaus sind mit der Verwendung von komprimiertem Wasserstoff als Brennstoff Risiken verbunden. Forscher der Universität Lund hoffen, dieses Problem mit ihrer Methode zu lösen.

„Derzeit sind 98 % des Wasserstoffs fossiler Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt wird. Das Nebenprodukt ist Kohlendioxid“, sagte Ola-Winter. „Aus Umweltsicht macht das Konzept keinen Sinn, wenn Erdgas zur Herstellung von Wasserstoff für Stahl, Batterien und Kraftstoffe genutzt wird.“ Er erklärte jedoch, dass derzeit viel daran geforscht werde, wie man mithilfe erneuerbarer Energien Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten und so „grünen Wasserstoff“ herstellen könne.

Gleichzeitig müssen politische Entscheidungen getroffen werden, damit sich erneuerbare und klimafreundliche Alternativen durchsetzen können, die geringere Kosten erfordern. Das. Er kam zu dem Schluss: „Erneuerbare Energie kann nicht mit der aus der Erde ausgegrabenen Energie konkurrieren, der Transport ist fast der einzige Kostenfaktor, und das Gleiche gilt für fossile Brennstoffe.“

Referenzen: Kaushik Chakrabarti, Alice Spangenberg, Vasudevan Subramaniyan, Andreas Hederstedt, Omar Y. Abdelaziz, Alexey V. Poluke ev, Reine Wallenberg, Christian P. Hulteberg und Ola F. Wendt veröffentlichten am 27. Juli 2023 in Catalysis Science and Technology einen Artikel: „Acceptor-free dehydrogenation of 4-methylpiperidine in Continuous Flow via a Supported Clamp-like.“ koordinierter Iridiumkatalysator.“

doi:10.1039/d3cy00881a

„Iridium-katalysierte Dehydrierung in einem kontinuierlichen Durchflussreaktor zur Erzeugung praktischer bordeigener Wasserstoff aus flüssigen organischen Wasserstoffträgern“ von Alexey V. Polukeev, Reine Wallenberg, Jens Uhlig, Christian P. Hulteberg und Ola F. Wendt, 9. März 2022, ChemSusChem.

doi:10.1002/cssc.202200085

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily