Eisenpellets können als Wasserstoff-Speicher genutzt werden wie Batterien für elektrischen Strom. Sie sind ungiftig, nicht explosiv, einfach transportierbar und können anschließend von der Stahlindustrie verwertet werden. Die Grazer Umwelttechniker Viktor Hacker und Fabio Blaschke entwickelten dazu eine spezielle Eisen-Materialmischung, die über hundert Lade- und Entladezyklen bewerkstelligt. Sie wurde in der Fachzeitschrift "Materials Today" vorgestellt.

Bringt man Wasserstoff mit rostigem (oxidiertem) Eisen in Kontakt, wird das Eisen "reduziert", sagte Viktor Hacker vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der Technischen Universität (TU) Graz im Gespräch mit der APA. Es entstehen Wasser und das "entrostete" Metall. In ihm ist gleichsam der Wasserstoff gespeichert. Man kann es gefahrlos lagern und transportieren, während Wasserstoffgas hochexplosiv und sein Transport problematisch ist. Bei Bedarf wird aus dem reduzierten Eisen wieder Wasserstoff gewonnen, indem man es mit Wasserdampf besprüht. Dann entstehen wieder Eisenoxide und hochreiner Wasserstoff.

Für Energie-Import von Solar- und Windanlagen geeignet

Mit dieser Methode könnte man zum Beispiel Energie von Solar- und Windanlagen aus Wüstengebieten importieren. Dort würde lokal mit dem nachhaltig erzeugten Strom aus Wasser mittels Elektrolyse Wasserstoff hergestellt. Damit behandelt man oxidiertes Eisen. Dadurch wird das Metall zum Energiespeicher, der in Form von Pellets gut zu transportieren ist. "Das Wasser fließt sogleich wieder zurück und kann wiederverwendet werden", erklärte Hacker: "Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Methode, denn sonst müsste man Unmengen davon in die Wüste bringen."

Mit Pellets aus Eisen alleine funktioniert das aber nur für zwei bis drei Zyklen, sagte der Techniker: "Dann versintert das Material, das heißt, die Poren darin schließen sich." Dadurch gehen die inneren Oberflächenstrukturen großteils verloren. Die Eisenpellets können dann kaum mehr reduziert werden und somit quasi fast keinen Wasserstoff mehr "aufladen".

Die Mischung macht's aus!

Die Forscher mischten deshalb andere Materialien wie Aluminiumoxid und umweltfreundliche Keramiken zum Eisen, die das Porennetzwerk stabilisieren. Sie brachten es auch in eine schaumartige Struktur mit hoher mechanischer Stabilität ein. Diese behält ihre Struktur über hunderte "Lade- und Entladezyklen" - also nach wiederholter Reduktion mit dem grünen Wasserstoff und Oxidation mit Wasserdampf, berichtete Hacker.

Die Pellets haben drei- bis vier Millimeter Durchmesser, dies wäre ein praktikables Mittelmaß, erklärte er: "Wenn wir sie größer machen, sind sie leichter zu transportieren, aber der Gastransport in das Pellet ist zu langsam. Sind sie kleiner, kann man sie schneller mit Wasserstoff beladen, aber der Transport ist umständlicher."

Die Wasserstoff-geladenen Pellets sind gut lagerbar, und man hat dabei kaum Energieverluste. Sie rosten bei normalen Temperaturen zum Beispiel auf einer Halde oder in einem Container nur sehr langsam. "Die Temperatur bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit", so der Techniker: "Deshalb lassen wir den Prozess bei 600 Grad Celsius ablaufen."

Wenn die Pellets nach ein paar hundert Zyklen nicht mehr gut funktionieren und die Speichereffizienz zu niedrig ist, "können wir die heimischen Stahlwerke damit beliefern", sagte Hacker. Das Material ist komplett ungefährlich und als Grundmaterial für viele andere Produkte verwertbar.

Service: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.03.016