Australian Mines Limited meldete positive Fortschritte bei seinem Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das auf Onboard-Lösungen für die Speicherung von Wasserstoff in leichten Nutzfahrzeugen abzielt. Die Entwicklung einer praktischen, sicheren, kostengünstigen und effizienten Speicherung einer großen Menge Wasserstoff in einem kleinen Volumen bleibt eine der grundlegenden Herausforderungen der Wasserstoffwirtschaft. Die beiden derzeit gängigsten Techniken zur Speicherung von Wasserstoff sind die Komprimierung auf einen hohen Druck oder die Verflüssigung (Liquefaction).

Diese Speichermethoden erfordern Tanks und/oder Kühlanlagen, die sperrig und schwer sind und voraussichtlich nicht die gewünschten gravimetrischen und volumetrischen Dichten erreichen werden, die erforderlich sind, um die Ziele des US-Energieministeriums für die Wasserstoffspeicherung an Bord von leichten Nutzfahrzeugen zu erfüllen2. Festkörper-Wasserstoffspeicher haben das Potenzial, die Ziele des DOE zu erfüllen. Eines der strengsten DOE-Kriterien für ein Wasserstoffspeichersystem ist eine angestrebte gravimetrische Kapazität von 5,5 Gew.-% Wasserstoff bis 2025.

Neben der Anforderung einer hohen gravimetrischen Kapazität sollte ein gewünschtes System auch eine hohe volumetrische Kapazität, eine hohe (De-)Hydrierungsrate bei Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur, eine hohe Reversibilität (Betriebszyklusdauer), eine hohe Stabilität und Kosteneffizienz aufweisen. Metallhydride und das australische Bergbau-F&E-Programm: Es wird erwartet, dass Metallhydride mit hoher Kapazität aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften sehr wichtig für Speicheranwendungen in der zukünftigen Wasserstoffwirtschaft sein werden. Die hohe gravimetrische Kapazität von Metallhydriden für die Wasserstoffspeicherung ist einer der Hauptvorteile, den sie gegenüber den herkömmlichen ausgereiften Speicherverfahren für komprimiertes Gas und flüssigen Wasserstoff haben.

MgH2 zum Beispiel hat eine gravimetrische Kapazität von bis zu 7,6 Gew.-% Wasserstoff. In der Praxis war es jedoch nicht möglich, die hohe gravimetrische Kapazität von MgH2 für praktische Wasserstoffspeichertechnologien zu nutzen. Grund dafür sind zwei Hauptprobleme: Die Kinetik der Wasserstoffabsorption und -desorption in MgH2 ist extrem langsam und kann sich über Stunden erstrecken; und die thermische Stabilität von MgH2 ist zu hoch, so dass hohe Temperaturen erforderlich sind, um Wasserstoff freizusetzen. Um diese Probleme zu überwinden, haben sich verschiedene Forscher auf die Modifizierung von Metallhydridsystemen konzentriert, um die Eigenschaften der Wasserstoffabsorption und -desorption, die Reaktionskinetik und die Betriebstemperatur zu verbessern.

Zwar wurden mit der Legierung und der Nanokristallisation von MgH2-Systemen einige Erfolge erzielt, doch waren die Ergebnisse stark prozessabhängig und verwendeten Verfahren, die sich nur schwer auf die industrielle Fertigung übertragen lassen. Die gemeinsame Forschungs- und Entwicklungspartnerschaft von Australian Mines mit dem Amrita Centre for Research and Development, die sich sowohl auf die Modifizierung von Metallhydridsystemen als auch auf den Herstellungsprozess konzentriert, hat zur Entwicklung des Metallhydrids MH-Oct22 geführt. Die Absorptions- und Desorptionskapazitäten von MH-Oct22 bei 350C wurden in vier Durchgängen getestet.

Die Abbildungen 1a und 1b unten zeigen den zweiten Durchlauf, der die besten Ergebnisse lieferte. Aus den Abbildungen ist ersichtlich, dass MH-Oct22 5 Gew.-% Wasserstoff in 9,8 Minuten absorbiert und dieselben 5 Gew.-% Wasserstoff innerhalb von 3,7 Minuten wieder abgibt. Es gibt konkurrierende Metallhydrid-Wasserstoffspeichertechnologien.

Ein Beispiel ist eine Dünnschicht-Magnesiumhydrid-Speichertechnologie, die von dem Unternehmen Plasma Kinetics3 gefördert wird. Plasma Kinetics formt einen Dünnfilm-Magnesiumhydrid zu einer CD-ähnlichen Scheibe, die den Einsatz eines Lasers zur Extraktion des Wasserstoffs erfordert. Im Gegensatz dazu besteht die Strategie von Australian Mines darin, MH-Oct22 nach einem neu entwickelten Verfahren herzustellen, das nachweislich verbesserte Wasserstoffspeichereigenschaften aufweist.

Wenn mit diesem Ansatz eine Technologie im industriellen Maßstab entwickelt wird, könnte sie die Absorption und Desorption mit Hilfe eines chemischen Gasphasenreaktors ermöglichen. Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, ist eine weitere Entwicklung erforderlich, um das DOE-Ziel für die Wasserstoffspeicherung an Bord von leichten Nutzfahrzeugen für das Jahr 2025 zu erreichen. Obwohl MH-Oct22 die Wasserstoffabsorption und -desorption bei höheren Temperaturen und Drücken als den vom DOE angestrebten Betriebstemperaturen und -drücken von 60°C bzw. 5-12 bar zeigte, verfügt das Unternehmen über mehrere Strategien, die die Reaktionskinetik und die Betriebstemperaturen und -drücke verbessern könnten.

In den kommenden Quartalen wird das Unternehmen diese Strategien weiter testen und versuchen, neue Metallhydride zu entwickeln, um die Leistung von MH-Oct22 zu verbessern. Das Unternehmen wird außerdem ein Programm zum Schutz des geistigen Eigentums einleiten.