Revolutionäre Keramikmembran macht Wasserstoff-Brennstoffzellen hocheffizient

Wasserstoff ist als Energieträger für Brennstoffzellen bekannt. Es findet auch bedeutende Anwendung in verschiedenen industriellen Prozessen von der Lebensmittelverarbeitung bis zur Herstellung von Glas, Halbleitern und Düngemitteln auf Ammoniakbasis.

Ein Team von Wissenschaftlern, unterstützt und geleitet von CoorsTek, dem weltweit führenden Hersteller von technischer Keramik, hat eine Keramikmembran entwickelt, die aus Erdgas und Strom komprimierten Wasserstoff erzeugt. Diese Umwandlung ist ein einstufiger Prozess und was noch interessanter ist: Der Energieverlust ist nahezu gleich Null.

Da es sich um eine hocheffiziente Technologie handelt, die billiges und reichlich vorhandenes Erdgas nutzt, ermöglicht die Keramikmembran die Produktion von Wasserstoff, der im Vergleich zu Elektrizität und Erdöl die sauberste und kostengünstigste Alternative zum Betanken von Fahrzeugen darstellt.

Laut Dr. Jose Serra, einem Mitautor der Studie, ist der hocheffiziente, nahezu energieverlustfreie Umwandlungsprozess von Erdgas in Wasserstoff auf die Kombination einer wärmeabsorbierenden oder endothermen chemischen Reaktion und einer elektrochemischen Reaktion zurückzuführen . Letzteres ist eine Reaktion, für deren Ablauf Strom und Elektrolyt erforderlich sind.

Die Keramikmembran, die aus Bariumoxid, Zirkoniumoxid und Yttriumoxid besteht, fungiert als Festelektrolyt und transportiert Wasserstoffionen bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 400 bis 900 Grad Celsius. Durch die Beaufschlagung der Keramikzelle mit Strom wird Wasserstoff nicht nur von anderen Gasen getrennt, sondern auch elektrochemisch komprimiert.

Dr. Serra nennt plausible Anwendungen der Keramikmembrantechnologie. „Zum Beispiel können wir die Technologie der keramischen Membranen nutzen, um Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen. Dies erfordert mehr Strom als die Reformierung von Methan, aber wenn Strom aus erneuerbaren Quellen verfügbar ist, können wir Wasserstoff ohne CO2-Emissionen herstellen. Sie können auch über einen Schritt nachdenken.“ Weiter und entwerfen Sie Energiesysteme, die nicht nur kohlenstoffarm oder kohlenstofffrei sind, sondern sogar negative Kohlenstoffemissionen aufweisen. Dies wird der Fall sein, wenn Sie erneuerbaren Strom nutzen, um Biogas in Wasserstoff umzuwandeln und den erzeugten Kohlenstoff aus dem Biogas unterirdisch zu speichern. Auf diese Weise „Wasserstoff kann eines Tages zu einem Energieträger mit negativen Emissionen werden.“

Per Vestre, Geschäftsführer von CoorsTek Membrane Sciences, erklärt die Vorteile ihrer Technologie. „Unsere bahnbrechende Keramikmembrantechnologie ermöglicht wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen eine überlegene Energieeffizienz bei geringeren Treibhausgasemissionen im Vergleich zu batterieelektrischen Fahrzeugen, die mit Strom aus dem Netz geladen werden. Das Potenzial dieser Technologie geht auch weit über die Senkung der Kosten und Kosten hinaus.“ Umweltauswirkungen der Betankung von Kraftfahrzeugen. Mit den hochvolumigen Produktionskapazitäten von CoorsTek für technische Keramik können wir Keramikmembranen sowohl für die Wasserstoffproduktion im industriellen als auch im kleineren Maßstab kostenmäßig mit der herkömmlichen Energieumwandlungstechnologie konkurrenzfähig machen.“

Weitere Einzelheiten können in ihrer Forschungsarbeit mit dem Titel „Thermo-elektrochemische Produktion von komprimiertem Wasserstoff aus Methan mit nahezu null Energieverlust“ nachgelesen werden.