Forscher entwickeln günstige Wasserstoff-Batterie aus Eisen

Ein großes Problem von Wasserstoff ist, dass es als kleinstes Molekül unseres Periodensystems sehr leicht durch Tanks und Leitungen diffundiert, also austritt. Das austretende Gas ist nicht nur ein Sicherheitsrisiko, sondern auch ein wirtschaftlicher Verlust. Forscher suchen daher nach immer neuen Methoden, um Wasserstoff möglichst sicher zu speichern.

Wasserstoff reagiert mit anderen Stoffen

Erst vor wenigen Tagen berichteten wir etwa von deutschen Wissenschaftlern, die dazu die Backzutat Pottasche verwendeten. Kurz beschrieben: Der Wasserstoff reagiert mit dem Backtriebmittel und bildet ein harmloses Salz. Später kann dieses Salz wieder aufgespalten und der Wasserstoff so zurückgewonnen werden. 

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Einen ähnlichen Ansatz verfolgen auch Schweizer Forscher der ETH Zürich. Sie verwenden hingegen keine Pottasche, sondern das vierthäufigste Element der Welt: Eisen.

Edelstahlkessel mit Eisenerz als Wasserstoffbatterie

Wenn in den Sommermonaten zu viel Photovoltaikstrom produziert wird, kann ein Teil der Energie durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt werden, so die Forscher. Dieser Wasserstoff wird dann in einen 400 Grad heißen Edelstahlkessel geleitet, der mit Eisenerz (Eisenoxid) gefüllt ist. Der Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff im Eisen - es entsteht reines Eisen und Wasser.

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"Dieser chemische Prozess gleicht dem Aufladen einer Batterie. So kann die Energie des Wasserstoffs fast verlustfrei über lange Zeit als Eisen und Wasser gespeichert werden", sagt Forscher Wendelin Stark in einer Aussendung.

10 Mal günstiger ist als bestehende Verfahren

Wird die Energie im Winter wieder benötigt, drehen die Forscher den Prozess um. Wird heißer Wasserdampf in den Kessel geleitet, wird der Wasserstoff wieder abgegeben. Dieser kann dann in einer Gasturbine oder Brennstoffzelle in Wärme oder Strom umgewandelt werden. Die Abwärme dieser Entladereaktion kann zudem genutzt werden, um den benötigten Wasserdampf für die Reaktion selbst zu erzeugen. Somit soll möglichst wenig Energie verbraucht werden. Das Eisenerz kann theoretisch für beliebig viele Ladezyklen verwendet werden, ohne dass man es austauschen muss.

Eisen ist auf der Welt in großen Mengen vorhanden und auch der Reaktionsaufbau ist laut den Forschern relativ simpel. Sie schätzen, dass ihre Speichertechnologie 10 Mal günstiger ist als bestehende Verfahren.

Pilotanlage steht bereits

Eine Pilotanlage, bestehend aus 3 1,4 Kubikmeter großen Edelstahlkesseln, die mit jeweils 2 bis 3 Tonnen Eisenerz gefüllt sind, gibt es bereits. Sie kann langfristig rund 10 Megawattstunden Wasserstoff speichern. In Strom umgewandelt werden daraus 4 bis 6 Megawattstunden Energie, was dem Winterverbrauch von 3 bis 5 Einfamilienhäusern entspricht.

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Die Forscher rechnen auch vor, wie sich die Technologie hochskalieren lässt. Um etwa 10 Terawattstunden Strom aus dem Wasserstoffspeicher zu beziehen - im Winterhalbjahr liegt der Stromverbrauch in Österreich bei ca. 40 Terawattstunden - wären 10 Millionen Kubikmeter Eisenerz notwendig. "Diese Menge an Eisen entspricht etwa 2 Prozent dessen, was Australien, der größte Produzent von Eisenerz, jedes Jahr abbaut", erklärt ETH-Professor Stark. 

Zudem bräuchte man dafür 10.000 Speicherkessel mit einem Volumen von jeweils 1.000 Kubikmetern. Gängige Modelle in dieser Größe sind etwa 12 Meter hoch und haben einen Durchmesser von gut 10 Metern.