Wasserstoffbasierte Materialien für die Energiespeicherung: ein Überblick über den aktuellen Stand des Forschungsfelds
Ein neuer Übersichtsartikel fasst den aktuellen Wissensstand zu wasserstoffbasierten Materialien für die Energiespeicherung und -umwandlung zusammen. Von der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff über Batterien bis hin zur thermischen Energiespeicherung bietet die Publikation Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen einen umfassenden Überblick und eine zentrale Referenz zum derzeitigen Stand des Forschungsfelds. Michael Hirscher vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung ist korrespondierender Autor der Publikation.
Wasserstoff gilt als vielversprechender Energieträger. Seine praktische Nutzung hängt jedoch entscheidend von den Materialien und Technologien ab, mit denen er gespeichert, transportiert und verdichtet werden kann. In dem Übersichtsartikel Hydrogen-based materials for energy storage and conversion, erschienen in Nature Reviews Clean Technology, untersucht ein internationales Autorenteam den aktuellen Entwicklungsstand der wichtigsten Materialkonzepte und deren mögliche Anwendungen.
Die Publikation deckt ein bemerkenswert breites Spektrum ab. Sie behandelt die reversible Adsorption von Wasserstoff in nanoporösen Materialien, die Speicherung mit hoher volumetrischer Dichte in Metallhydriden und komplexen Hydriden sowie den Einsatz flüssiger organischer Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs) und von Ammoniak für den Transport über große Entfernungen. Darüber hinaus werden Metallhydrid-Kompressoren betrachtet, mit denen sich die für die Druckgasspeicherung erforderlichen hohen Drücke erzeugen lassen – ohne die beweglichen mechanischen Komponenten konventioneller Kompressoren.
Wasserstoffbasierte Materialien besitzen jedoch auch Anwendungen, die über die Speicherung von Wasserstoff selbst hinausgehen. Hydride kommen bereits in Nickel-Metallhydrid-Batterien zum Einsatz und könnten künftig sowohl für Festkörperbatterien als auch für neue Batteriechemien auf Magnesium- oder Calciumbasis eine Rolle spielen. Aufgrund ihrer hohen Wärmespeicherkapazität sind Metallhydride außerdem vielversprechende Materialien für die Speicherung industrieller Abwärme und thermischer Energie, beispielsweise in Systemen der konzentrierenden Solarthermie.
Entscheidend ist dabei: Bei der Publikation handelt es sich nicht um eine Forschungsarbeit, die ein einzelnes neues Ergebnis präsentiert, sondern um einen umfassenden Übersichtsartikel (Review). Die Autorinnen und Autoren bewerten Technologien, die sich in sehr unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden – von bereits kommerziell etablierten Anwendungen bis hin zu Konzepten, bei denen noch erheblicher Bedarf an Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Forschung besteht. Indem der Review diese verschiedenen Bereiche zusammenführt, bietet er Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftlern, Chemikerinnen und Chemikern, Physikerinnen und Physikern sowie Forschenden aus den Ingenieur- und Energiewissenschaften eine konsolidierte Übersicht über den aktuellen Stand des Forschungsfelds.
Die große thematische Breite spiegelt sich auch in der Autorenschaft wider: Insgesamt 33 Forschende waren an Diskussion, Ausarbeitung und Überarbeitung des Manuskripts beteiligt. Die Arbeit stützt sich zudem auf die internationalen Aktivitäten von Task 40 des IEA Hydrogen Technology Collaboration Programme zur wasserstoffbasierten Energiespeicherung und -umwandlung. Michael Hirscher ist korrespondierender Autor und vertritt unter den beteiligten Institutionen das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung.
