Die Ameisensäure eignet sich als Wasserstoffspender für Brennstoffzellen. Ein neues Verfahren liefert bereits bei Raumtemperatur Wasserstoff aus Ameisensäure.
Eine vielversprechende Technologie zur zukünftigen Energieversorgung und Energienutzung sind mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen. Dabei bereiten die Speicherung und der Transport von Wasserstoff zwar keine grundsätzlichen Probleme. Doch sind die Techniken entweder sehr aufwändig oder die Speichermedien recht schwer.
Ein denkbarer Ausweg aus diesem Problem wäre die Nutzung von Wasserstoffspendern, die einfacher zu handhaben sind. Ein Kandidat für eine solche Nutzung ist die Ameisensäure. Bisher ist bei Wasserstoff spendenden Systemen ein Hochtemperatur-Reformierungsprozess nötig. Den erspart ein neues Verfahren, das am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock entwickelt wurde. Darüber berichten Björn Loges, Albert Boddien, Henrik Junge und Matthias Beller in der Zeitschrift Angewandte Chemie.
Was ist Ameisensäure
Die Ameisensäure wurde 1671 erstmals aus roten Waldameisen isoliert. Sie wird auch als Methansäure oder Formylsäure und englisch als formic acid bezeichnet. Ameisensäure ist eine farblose, ätzende und in Wasser lösliche Flüssigkeit. Die Summenformel: HCOOH. Viele Lebewesen, darunter vor allem die Ameisen, erzeugen diese Säure.
Den meisten Menschen begegnet die Ameisensäure unter der Bezeichnung E236 auf den Zutatenlisten von Lebensmitteln, wo sie als Konservierungsstoff eingesetzt wird.
Wasserstoff für Brennstoffzellen aus Ameisensäure
Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen bieten eine saubere Möglichkeit der Erzeugung elektrischer Energie. Sie erzeugen nur eine Art von Abgas, nämlich Wasserdampf. Wasserstoff zu speichern und zu transportieren bereitet jedoch gewisse Schwierigkeiten. Wasserstoff ist ein Gas und daher nicht so einfach handhabbar wie Benzin. Heute eingesetzte Speichermedien sind groß, schwer, teuer und aufwändig. Ein Ausweg wäre daher die Kopplung der Brennstoffzelle mit einem Wasserstofferzeuger. Dieser liefert den für die Brennstoffzelle benötigten Wasserstoff. Methanol oder Ethanol wären geeignete Wasserstoffspender. Doch gibt es da einen gravierenden Nachteil. Die Erzeugung von Wasserstoff aus diesen Alkoholen ist erst bei Temperaturen oberhalb 200 °C möglich. Und damit wird ein beachtlicher Teil der erzeugten Energie für die Umsetzung benötigt.
Auch Ameisensäure zerfällt bei erhöhter Temperatur und in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators in Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2). Einem Team vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock ist es nun gelungen, die Aufspaltung von Ameisensäure zu Kohlendioxid und Wasserstoff bei Raumtemperatur ablaufen zu lassen. Das in Rostock entwickelte Verfahren setzt Ameisensäure bei Anwesenheit eines Amins (z.B. N,N-Dimethylhexylamin) mit Hilfe eines geeigneten Katalysators bereits bei Raumtemperatur selektiv zu Kohlendioxid und Wasserstoff um. Als Katalysator wird beispielsweise ein verfügbarer Ruthenium-Phosphin-Komplex [RuCl2(PPh3)2] eingesetzt. Mit einem Aktivkohlefilter wird das Wasserstoffgas so gereinigt, das es direkt in einer Brennstoffzelle nutzbar ist.
Anwendung von Ameisensäure als Wasserstoffspender
Mit der Ameisensäure als Wasserstoffspender lassen sich die Vorteile der etablierten Brennstoffzellentechnologie auf Basis Wasserstoff und Sauerstoff mit den logistischen Vorzügen flüssiger Brennstoffen vereinen. Zwar ist die Speicherung von Ameisensäure nicht ganz so einfach wie die von Benzin. Aber der Umgang mit dieser Flüssigkeit ist doch wesentlich einfacher als der Umgang mit Wasserstoffgas.
Ob diese Technik einmal für Fahrzeuge zum Einsatz kommt, das steht heute noch in den Sternen. Die Rostocker Forscher denken zunächst mal an kleinere Projekte. Z. B. dort, wo abseits der Stromversorgung die Kapazität von Batterien und Akkumulatoren nicht genügt. Vom Handy bis zum Laptop ließen sich mit solchen mobilen Energieerzeugern sehr viel längere Laufzeiten erreichen. Und der Energienachschub kommt per Patrone.
Jedenfalls wird auch an anderer Stelle an der Nutzung von Ameisensäure als Wasserstoffspender gearbeitet. Unter dem Namen „formira fuel cell“ präsentiert die Firma Tekion mobile Energieerzeuger, die für den Einsatz in Handys vorgesehen sind. Diese arbeiten mit Brennstoffzellen, die direkt mit Ameisensäure betrieben werden. Mit der BASF, dem nach den Ameisen weltgrößten Hersteller von Ameisensäure, wird diese Technik gemeinsam vorangetrieben.