Die Gewinnung von Wasserstoff aus Methanol wird noch effizienter. Ein Forscherteam hat es jetzt geschafft, ein bereits bestehendes Verfahren – das Methanol-Reforming – unter viel milderen Bedingungen als bisher durchzuführen. Die Gewinnung bei niedrigen Temperaturen und weniger Druck macht es beispielsweise möglich, das Energiegas zukünftig direkt am Ort des Verbrauchs zu erzeugen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.
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Unser heutiges Leben verschlingt ungeheure Mengen an Energie. Da die natürlichen Ressourcen wie Öl und Gas zur Neige gehen, ist ein Wechsel der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien unumgänglich. Wasserstoff gilt dabei als aussichtsreicher Energieträger. Denn das mit dem Buchstaben H bezeichnete Element gilt als sauber und universell einsetzbar. Ein Beispiel ist die Anwendung in Brennstoffzellen. Hier kann die bei einer elektrochemischen Reaktion mit Wasserstoff freigesetzte Energie etwa in Strom umgewandelt werden, wobei als Abfallprodukt schlicht unschädliches Wasser entsteht.
Problem: Ineffiziente Gewinnung
Das Problem beim Einsatz von Wasserstoff als Energielieferant ist jedoch die Gewinnung des Rohstoffes. Oft wird dieser heute noch aus fossilen Rohstoffen, wie etwa Erdgas, produziert. Die Wasserstofferzeugung durch Wasserspaltung – Elektrolyse – wiederum erfordert große Mengen Strom. Eine Lösung könnte die Gewinnung des Energiegases aus Methanol bieten.
Doch auch die als Methanol-Reforming bekannten Verfahren verlangten bisher Temperaturen von über 200°C und Drücke über 25 bar – was Aufwand und hohe Stromkosten bedeutet. Das neue System erzielt dagegen schon zwischen 65 – 95°C die besten Ergebnisse und kann bei normalem Luftdruck durchgeführt werden. Unter diesen Bedingungen werden pro Stunde zirka 4.700 Moleküle Methanol vollständig umgewandelt.
Das neue Verfahren setzt dazu einen speziellen Katalysator ein, der die Gewinnungsreaktion beschleunigen soll. Dabei handelt es sich um einen Rutheniumkomplex mit einem phosphorhaltigen Bindungspartner, dem Spuren von Lauge zugesetzt werden. Dass das System funktioniert, hatten die Wissenschaftler vor zwei Jahren bereits an Ethanol – Trinkalkohol- und Isopropanol bewiesen. Nun haben sie ihr Katalysations-Verfahren erstmals auch auf Methanol angewendet. „Eine Umwandlung von Methanol in Wasserstoff bei moderaten Bedingungen weist die Möglichkeit auf, den Wasserstoff ganz direkt am Ort des Verbrauchs zu erzeugen“, erläutert Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse. So könne die aufwendige und nicht ungefährliche Speicherung des gasförmigen Wasserstoffs umgangen werden.
Sauberer Wasserstoff
Ein weiterer Vorteil des neuen Systems zeigt sich beim Einsatz des erzeugten Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle, wie die Forscher berichten. Während bei den bisherigen Systemen immer wieder Spuren von Kohlenmonoxid – einem giftigen Gas, das auch die Funktion der Brennstoffzelle stört – entstehen, liegt bei dem neuen Ru-System der detektierbare Anteil dieses Gases bei unter zehn parts per million (ppm). In dieser Dimension stellt das Kohlenmonoxid für den Einsatz in der Brennstoffzellentechnik kein Problem mehr dar.
Generell hat das Methanol-Reforming aber einen Nachteil: Neben drei Molekülen des gewünschten Wasserstoffs entsteht auch ein Molekül des Treibhausgases Kohlendioxid. Doch auch dafür haben die Wissenschaftler eine Lösung gefunden: Wird das CO2 abgezweigt und aus ihm und Wasserstoff Methanol hergegestellt, resultiert ein CO2-neutraler Prozess.
Mit ihrem neuen katalytischen Ru-System des Methanolreformings zeigen die Wissenschaftler einen Weg auf, wie Wasserstoff sehr umweltschonend und einfach erzeugt werden kann.
(Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock, 28.02.2013 – KBE)
