Nanopralinen

Nanoteilchen aus Palladium speichern Wasserstoff

Robert Klatt

Wasserstoff braucht zur Speicherung viel Energie. Eine neue Technologie auf Basis von „Nanopralinen“ aus Palladium könnte dies ändern und damit die Nutzung als klimaneutralen Treibstoff vereinfachen.

Hamburg (Deutschland). In den kommenden Jahren könnte Wasserstoff als klimaneutraler Treibstoff für Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge etablieren. Airbus möchte beispielsweise bis 2035 marktreife Wasserstoffflugzeuge vorstellen. Neben der ökologischen Gewinnung des Wasserstoffs ist aktuell aber vor allem die Speicherung des sehr flüchtigen Gases noch problematisch. Diese benötigt viel zusätzliche Energie, weil das Gas nur flüssig bei 253 Grad Celsius oder in Drucktanks bei bis zu 700 bar gelagert werden kann.

Wissenschaftler des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) haben nun die Grundlage für eine neue Speichermethode entwickelt, bei der Wasserstoff in Nanoteilchen aus Palladium gelagert wird. Diese winzigen Edelmetallteilchen bezeichnen die Entwickler auch als „Nanopralinen“.

Nanoteilchen funktionieren wie ein Schwamm

Laut der Publikation im Fachmagazin ACS Nano funktionieren diese Nanoteilchen quasi wie ein Schwamm, der den Wasserstoff einsaugt. Dass das Material diese Eigenschaften besitzt, ist seit Längerem bekannt. „Allerdings ist es bislang ein Problem, den Wasserstoff wieder aus dem Material herauszubekommen“, erklärt Andreas Stierle vom NanoLab des DESY.

0,0000012 Millimeter große Palladiumteilchen

Die Wissenschaftler versuchten deshalb einen Wasserstoffspeicher aus nur 1,2 Nanometer (0,0000012 Millimeter) großen Palladiumteilchen zu erzeugen. Diese werden durch einen Kern aus Iridium stabilisiert und zusätzlich auf einem Graphenfundament fixiert. „Auf Graphen können wir die Palladiumteilchen in Abständen von nur zweieinhalb Nanometern verankern. Das Ergebnis ist eine regelmäßige, periodische Struktur“, erklärt Stierle.

Leichtes Erwärmen setzt Wasserstoff frei

Mit der Röntgenlichtquelle PETRA III könnten die Wissenschaftler beobachten, dass Wasserstoff bei Kontakt mit den Palladiumteilchen an den Oberflächen haftet. In die Struktur der Nanoteilchen dringt hingegen kaum Gas ein. Dies sorgt dafür, dass bereits eine leichte Erwärmung dazu führt, dass die Gasmoleküle wieder freigesetzt werden.

Nun wollen die Wissenschaftler neue Methoden entwickeln, um die Speicherdichte zu erhöhen. Bis ihre Technologie in der industriellen Praxis verwendet werden kann, müssen laut den Forschern aber noch einige Herausforderungen gemeistert werden. Sie sollen unter anderem probieren, statt Graphen eine porösere Kohlenstoffstruktur als Trägermaterial zu verwenden. Denkbar sind Kohlenstoffschwämme, in deren Poren sich deutlich mehr Palladiumteilchen unterbringen lassen.

ACS Nano, doi: 10.1021/acsnano.1c01997

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