Mit Getränkedosen zum Grünen Wasserstoff auf See

Wirft man ein kieselsteingroßes Aluminiumkügelchen in einen Becher mit gefiltertem Meerwasser, entsteht Wasserstoffgas, das innerhalb von wenigen Minuten aufsteigt und aus dem Behälter entweicht. Die Ingenieure des MIT optimieren diese einfache chemische Reaktion als effiziente und nachhaltige Möglichkeit zur Erzeugung von Grünem Wasserstoff, mit dem ihrer Vorstellung nach Motoren oder Brennstoffzellen an Bord von Seeschiffen und Unterwasserfahrzeugen angetrieben werden können.

Inhalt

• Chemische Reaktion von Aluminium und Wasser
• MIT-Ingenieure optimieren Effizienz
• Anwendungen in der maritimen Industrie

Chemische Reaktion von Aluminium und Wasser

Die Reaktion, bei der Aluminium mit Wasser reagiert, um Wasserstoffgas zu erzeugen, ist eine sogenannte Hydrolyse. Aluminium reagiert mit Wasser unter bestimmten Bedingungen, um Aluminiumhydroxid und Wasserstoff zu produzieren. Das Prinzip, auf dem diese Reaktion basiert, ist eine interessante und vielversprechende Methode zur Wasserstofferzeugung, insbesondere für Anwendungen im Maritimbereich.

MIT-Ingenieure optimieren Effizienz

Das Team am Massachusetts Institute of Technology (MIT) untersuchte Wege, um die Effizienz dieser Reaktion zu verbessern. Insbesondere das Meerwasser enthält zahlreiche Ionen und Verunreinigungen, welche die Reaktion beeinflussen können.

Wenn auch langsam, aber stetig erzeugte die Reaktion zwischen Aluminium und Meerwasser erfolgreich Wasserstoffgas. Die Erzeugung von Wasserstoff durch Aluminium steht aber vor der Herausforderung, dass Aluminium bei Kontakt mit Sauerstoff eine schützende Oxidschicht bildet, welche die Reaktion mit Wasser verhindert.

Um die Reaktion gleichmäßig und effizient ablaufen zu lassen, musste diese schützende Oxidschicht auf dem Aluminium entfernt werden. Dazu könnten spezielle Legierungen, Beschichtungen oder Katalysatoren zum Einsatz kommen.

Das Aluminium wurde daraufhin mit einer Legierung aus seltenen Metallen vorbehandelt. Diese bringen das Aluminium in seine reine Form, damit es mit Meerwasser reagieren und Wasserstoff erzeugen kann. 

Gallium-Indium-Legierung

Frühere Experimente des MIT-Teams mit Süßwasser zeigten bereits, dass die Zugabe einer Gallium-Indium-Legierung diese Schicht entfernt und die Reaktion ermöglicht. So konnte ein vorbehandeltes Aluminiumpellet in fünf Minuten 400 ml Wasserstoff erzeugen. Der Einsatz größerer Mengen dieser seltenen und teuren Legierung bleibt jedoch ein Hindernis für die Skalierung der Methode.

Das MIT-Team entdeckte dann, dass sie die teure Gallium-Indium-Legierung mithilfe der Salzionen im Meerwasser zurückgewinnen konnten. Die Salzionen ziehen die Legierung an und können so in einem nachhaltigen Kreislauf zur Erzeugung von mehr Wasserstoff wiederverwendet werden. Während die Ionen das Gallium-Indium schützen, verzögert das jedoch die Reaktion des Aluminiums mit Wasser.

Um die Reaktionsgeschwindigkeit im Meerwasser zu erhöhen, experimentierten die Forscher mit verschiedenen Zutaten. Sie fanden heraus, dass Kaffeesatz die Reaktion beschleunigte. Weitere Untersuchungen führten zur Entdeckung, dass Imidazol, ein Bestandteil von Koffein, die Aluminiumreaktion fördert, während der Ionenschutz des Gallium-Indiums erhalten bleibt. Und so haben die Forschenden nicht nur das Gallium-Indium zurückgewonnen, sondern auch nocht eine schnelle und effiziente Reaktion erzielt.

Anwendungen in der maritimen Industrie

„Die Verwendung von Aluminium zur Wasserstofferzeugung ist besonders interessant für maritime Anwendungen wie Boote oder Unterwasserfahrzeuge, weil man kein Meerwasser mit sich herumtragen müsste – es ist leicht verfügbar“, sagt Studienleiter Aly Kombargi, Doktorand in der Fakultät für Maschinenbau am MIT. „Wir müssen auch keinen Wasserstofftank mitführen. Stattdessen würden wir Aluminium als ‚Treibstoff‘ transportieren und nur Wasser hinzufügen, um den Wasserstoff zu erzeugen, den wir brauchen.“

In geschlossenen Systemen auf hoher See könnte diese Methode zur Erzeugung von Wasserstoff für die Energieversorgung besonders nützlich sein, da sie keine schädlichen Emissionen freisetzt und der benötigte Wasserstoff vor Ort erzeugt werden kann.

Nachhaltigkeitsaspekte

Da Aluminium relativ leicht verfügbar ist, bietet diese Methode eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen. Zudem könnte das verwendete Aluminium aus recycelten Materialien stammen, was die Umweltbilanz weiter verbessert.

Die Forschung am MIT ist ein vielversprechender Schritt hin zu nachhaltigen Energielösungen gelungen. Es wird weiter daran gearbeitet, diese Technologie zur Marktreife zu bringen und ihre Anwendung in großem Maßstab zu ermöglichen.

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