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Wasserstoff als Kraftstoff ist eine m\u00f6gliche L\u00f6sung f\u00fcr die landesweiten Bem\u00fchungen, die Abh\u00e4ngigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Nach Angaben des DOE ist die Verbesserung der Wasserstoffspeicherung der Schl\u00fcssel zur Weiterentwicklung der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie. Am Ames Laboratory erforschen die Wissenschaftler Long Qi und Wenyu Huang die Gewinnung von Wasserstoff aus einer Klasse von Materialien, die als fl\u00fcssige organische Wasserstofftr\u00e4ger (LOHCs) bezeichnet werden.<\/p>\n\n\n\n
Eine M\u00f6glichkeit der Wasserstoffspeicherung ist die chemische Speicherung. Die chemische Speicherung beruht auf Materialien, die mit Wasserstoffmolek\u00fclen reagieren und sie als Wasserstoffatome speichern, wie z. B. in LOHCs. Bei dieser Art der Speicherung k\u00f6nnen gro\u00dfe Mengen Wasserstoff in kleinen Volumina bei Umgebungstemperaturen gespeichert werden. Damit der Wasserstoff genutzt werden kann, werden jedoch Katalysatoren ben\u00f6tigt, um LOHCs zu aktivieren und den Wasserstoff freizusetzen. Dieser Prozess wird als Dehydrierung bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n
Qi erl\u00e4uterte, dass es derzeit andere Dehydrierungsmethoden gibt, die jedoch einige Probleme mit sich bringen. Einige Methoden beruhen auf Katalysatoren auf Metallbasis, die kritische Platingruppenmetalle enthalten. Die Vorr\u00e4te an diesen Metallen sind begrenzt und teuer. Andere Methoden erfordern Zusatzstoffe, um den Wasserstoff freizusetzen. Diese Zus\u00e4tze sind nicht wiederverwendbar und f\u00fchren zu h\u00f6heren Gesamtkosten, da sie bei jedem Zyklus neu hinzugef\u00fcgt werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n
Der von Qi und Huang entwickelte Katalysator kommt ohne Metalle und Zusatzstoffe aus. “Es ist ziemlich einfach”, sagte Qi. “Im Grunde muss man nur den metallfreien Katalysator in den LOHC geben, und schon str\u00f6mt das Wasserstoffgas heraus, sogar bei Raumtemperatur.”<\/p>\n\n\n\n
Der Katalysator besteht aus Stickstoff und Kohlenstoff. Der Schl\u00fcssel zu seiner Effizienz liegt in der Struktur des Stickstoffs. Die katalytische Aktivit\u00e4t kann bei Raumtemperatur stattfinden, weil die einzigartigen, eng beieinander liegenden graphitischen Stickstoffverbindungen, die w\u00e4hrend des Karbonisierungsprozesses entstanden sind, als Stickstoffanordnung fungieren. Die Stickstoffanordnung katalysiert die Spaltung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (C-H) in LOHCs und erleichtert die Desorption von Wasserstoffmolek\u00fclen. Dieser Prozess macht den Katalysator effizienter als andere verwendete Katalysatoren.<\/p>\n\n\n\n
Qi und Huang erkl\u00e4rten, dass auf der Grundlage der DOE-Ziele f\u00fcr Fahrzeugtechnologien eine Wasserstoffspeicherkapazit\u00e4t von nahezu 6,5 Gewichtsprozent erforderlich sei. Sie sind optimistisch, was die Zukunft ihrer Forschung angeht, um das Ziel mit Molek\u00fclen zu erreichen, die eine gr\u00f6\u00dfere Kapazit\u00e4t haben.<\/p>\n\n\n\n
“Diese Forschung wird sich positiv auf das Ziel der Verringerung der Kohlendioxidemissionen auswirken”, sagte Huang, “und wir werden effizientere katalytische Systeme entwickeln m\u00fcssen.”<\/p>\n\n\n\n
Im Jahr 2019 entfielen 29 % der gesamten Kohlendioxidemissionen in den USA auf den Verkehrssektor. Qi sagte, dass die Einfachheit und Effizienz dieses Prozesses der Verkehrsindustrie in Zukunft zugute kommen k\u00f6nnte. Die Vorteile ergeben sich aus einer Kombination von LOHCs und einem Katalysator wie diesem. Mit dieser Kombination kann nutzbarer Wasserstoff zu geringeren Kosten und unter milderen Bedingungen als bei den derzeitigen Technologien aus der Speicherung gewonnen werden. Eine h\u00f6here Wasserstoffdichte kann eine gr\u00f6\u00dfere Ladung f\u00fcr Wasserstoffbrennstoffzellen liefern, die Fahrzeuge \u00fcber gr\u00f6\u00dfere Entfernungen mit Strom versorgen k\u00f6nnten.<\/p>\n\n\n\n
Sowohl Qi als auch Huang betonten, dass diese Forschung ein wichtiger Schritt zur Unterst\u00fctzung der nationalen Mission ist, bis 2050 kohlenstoffneutral zu werden, indem sie eine einfache und effiziente M\u00f6glichkeit zur Dehydrierung von LOHCs bietet.<\/p>\n\n\n\n
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