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28. Mai 2003
Der Weg zum Wasserstofftank
(he) Das Auto der Zukunft fährt mit einer Brennstoffzelle und tankt Wasserstoff. Ein solches Fahrzeug zu betanken würde mit bisheriger Technologie allerdings mehr als eine Stunde dauern. Außerdem würde der Wasserstoff aus dem Tank so langsam freigegeben werden, dass er die Leistung des Antriebs begrenzt.
Nun ist Wissenschaftlern des Forschungszentrums Karlsruhe ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu besseren Wasserstoffspeichern gelungen: Mit maßgeschneiderten Nanopartikeln konnten sie die Ladezeit auf wenige Minuten verringern. Größtes Problem der neuen Technologie ist die Speicherung des Brennmaterials Wasserstoff: Dies geschieht heute bei einem hohen Überdruck von einigen hundert Bar und bei Temperaturen unter -253°C. Eine Alternative sind Festkörper aus so genannten Metallhydriden: Diese Materialien nehmen den Wasserstoff auf, halten ihn innerhalb ihrer atomaren Struktur fest und geben ihn bei Temperaturerhöhung wieder ab. Ein Problem derartiger Tanks war bisher die Geschwindigkeit der Wasserstoff-Aufnahme und -Abgabe: Das Betanken eines Autos dauert länger als eine Stunde, und die Leistungsfähigkeit leidet unter der zu langsamen Freisetzung des Brennstoffs. Mit den jetzt hergestellten Nanopartikeln dauert die Betankung nur noch wenige Minuten. Möglich wurde dies durch den Einsatz von Nanotechnologie. Mit maßgeschneiderten Katalysatoren aus so genannten Titan-Nano-Clustern gelang es den Forschern, die Be- und Entladezeiten des derzeit leistungsfähigsten Wasserstoffspeicher-Materials deutlich zu verkürzen. Während man bisher mit über einer Stunde rechnen musste, bis das Speichermaterial Natriumalanat zu 80 Prozent wieder aufgeladen war, ist es mit einem speziellen Typ von Titan-Nanopartikeln möglich, das Gleiche in der Rekordzeit von 7 bis 8 Minuten zu schaffen. Damit kommen Betankungszeiten in Reichweite, wie sie der zukünftige Nutzer eines Wasserstoffautos vom Betanken seines bisherigen Fahrzeugs gewohnt ist. Gegenüber der Zeit, die zum Laden eines heutigen konventionellen Hochleistungsakkus für mobile Anwendungen wie Camcorder oder Laptop benötigt wird, bedeutet dies sogar eine dramatische Beschleunigung. Bei den Titan-Nano-Clustern handelt es sich um winzige Nanopartikel, die bereits in Gramm-Mengen im Labor hergestellt werden können. Damit die Cluster den gewünschten Effekt im Wasserstoffspeicher erzielen, wird eine geringe Menge davon mit dem Speichermaterial Natriumalanat vermischt und das Gemenge unter Luftausschluss sehr fein gemahlen. Dadurch entsteht eine innige Mischung der beiden Komponenten, ein so genanntes Nanokomposit. Dieses ist das eigentliche Speichermaterial.
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