Auf dem Weg zur Wasserstoffgesellschaft

Noch sind viele Hürden zu überwinden, bis Wasserstoff „saubere“ Energie liefert Eine saubere Lösung. Doch bis es soweit ist, gibt es noch einige technologische Herausforderungen zu meistern. Eine davon ist Wasserstoff selbst, der bei Umgebungsbedingungen gasförmig ist und daher möglichst dicht „gepackt“ werden muss, um in einem Speicher eine grosse Energiedichte zu erreichen.

Speicherung in Festkörpern

Genau damit beschäftigt sich Züttels Team an der Empa. Eine Möglichkeit besteht darin, Wasserstoff in Metallen, also in Festkörpern, zu speichern. Metalle können wie ein Schwamm grosse Mengen an Wasserstoff «aufsaugen», in ihr Atomgitter einlagern und wieder abgeben. Derartige metallische «Wasserstoffschwämme» werden Metallhydride genannt.

Die Empa-ForscherInnen untersuchen die Wechselwirkung von Wasserstoff mit verschiedensten Materialien, zum Beispiel mit der Oberfläche von Metallen und Isolatoren, mit Nanostrukturen und intermetallischen Verbindungen. In bestimmten Hydriden erreicht der Wasserstoff beispielsweise eine Dichte, welche mehr als doppelt so hoch ist wie in verflüssigtem Wasserstoff.

Beschäftigung mit Elektrolyse

Die Empa-ForscherInnen gehen Fragen nach wie: Wie wird Wasserstoff als gasförmiger Stoff an der Oberfläche fester Körper adsorbiert? Welche Wechselwirkungen treten dabei auf? Wie schnell und unter welchem Energieaufwand finden Adsorption und Desorption – die anschliessende „Loslösung“ – statt?

Wenn die zu Atomen gespalteten Wasserstoffmoleküle ins Innere des «Schwamms» eindringen, wo setzen sie sich im Atomgitter des Festkörpers fest? Wie beweglich sind sie? Welche Oberflächenstrukturen behindern oder beschleunigen diese Prozesse? Wie wirken Katalysatoren und wie können diese verbessert werden? Aber auch mit der Elektrolyse zur Gewinnung von Wasserstoff beschäftigt sich das Empa-Team in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie und Hochschule, insbesondere mit den Institutionen des ETH-Bereichs.

Endlichkeit der fossilen Energieträger

Der Anfang Februar erschienene vierte UN-Klimabericht warnt eindrücklich vor den teils dramatischen Folgen der Erderwärmung. Gemäss Bericht ist diese eine direkte Folge der vom Menschen verursachten Verbrennung fossiler Energieträger und des damit verbundenen Anstiegs des Klimagases Kohlendioxid (CO2).

Neben der Klimaveränderung führt die Endlichkeit der fossilen Energieträger früher oder später aber auch zu einem Energieengpass. Die limitierten Ressourcen werden dabei nicht erst zu einem Problem, wenn sie aufgebraucht sind, sondern bereits dann, wenn die Nachfrage die Abbaurate übersteigt. Dies dürfte nach Schätzung der internationalen Energieagentur IEA bereits in wenigen Jahren der Fall sein. „Alternative Energieträger sind also dringend erforderlich“, sagt Andreas Züttel, Leiter der neu gegründeten Empa- Abteilung „Hydrogen & Energy“.

Herstellung mit erneuerbarer Energie

Genau daran arbeitet der Forscher mit seinem Team; Züttel setzt dabei auf Wasserstoff. Dieser müsse selbstverständlich mit Hilfe erneuerbarer Energie hergestellt werden, so der Hydrogen-Spezialist. Wasserstoff aus Wasser und Sonne – ein Energieträger mit Potenzial Quellen erneuerbarer Energie sind die Sonnenstrahlung (einschliesslich ihrer Auswirkungen wie Wind, Niederschlag, Wellen usw.), die Geothermie und die Gezeiten. In Form von Wasserstoff als Energieträger lässt sich erneuerbare Energie dann speichern.

So kann zum Beispiel die Sonnenstrahlung in der Wüste durch Aufwindkraftwerke in Elektrizität umgewandelt werden, welche dann Wasser durch Elektrolyse – also mit Hilfe von elektrischem Strom – in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Gespeichert und zum Verbraucher transportiert, kann Wasserstoff schliesslich durch Verbrennung mit (Luft-)Sauerstoff wieder Energie liefern, etwa in einer Turbine, einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle. Als Verbrennungsprodukt entsteht dabei lediglich Wasser.

Internationale Tagung

Diese Fragen stehen auch im Zentrum des am Freitag, 16. Februar 2007, an der Empa-Akademie stattfindenden Symposiums „Science of Hydrogen & Energy“. „Ein wirklich hochkarätiges Meeting“, freut sich Züttel. „Es ist uns gelungen, ausgezeichnete Wissenschaftler aus Dänemark, den Niederlanden, England, Deutschland und Japan als Referenten zu gewinnen.“ Ausserdem stellen Züttel und seine KollegInnen die Schwerpunkte und die zukünftigen Pläne der Empa-Abteilung vor.

Im Rahmen des Symposiums wird zudem der renommierte Schweizer „Wasserstoffpionier“ Ronald Griessen mit dem erstmals von der Fachabteilung verliehenen „Hydrogen & Energy Award“ für sein Lebenswerk ausgezeichnet.

Öffentliche Podiumsdiskussion

Um 19 Uhr findet schliesslich eine Podiumsdiskussion zum Thema „Wasserstoff, eine technologische und wirtschaftliche Chance für die Schweiz und Europa“ statt. Die Diskussion ist öffentlich und wendet sich insbesondere auch an Nichtwissenschaftler.

(ht/pd)