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Brennstoffzelle auf der Basis von Ameisensäure
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der EPFL und der Gruppe GRT haben die erste Anlage zur Stromerzeugung aus Ameisensäure mithilfe einer Brennstoffzelle gebaut, die aus energetischer Sicht effizient, sicher, wirtschaftlich und mit erneuerbaren Ressourcen funktioniert.
Auf der Suche nach Lösungen für die Speicherung erneuerbarer Energie erscheint Wasserstoff als einer der vielversprechendsten Energieträger. Die Nutzung von Wasserstoff zur Erzeugung von Wärme oder Strom verursacht keine Kohlenstoff- oder Partikelemissionen, sodass sie die Umwelt nicht belastet. Wasserstoff weist jedoch einen volumenmässig sehr geringen Energiegehalt auf. Deshalb ist er in seiner natürlichen Form als Gas sehr schwierig zu lagern und zu transportieren.
Die Alternativlösung besteht darin, einen Wasserstoffträger wie Ameisensäure zu verwenden, der die einfachste Kombination aus Wasserstoff und CO2 darstellt. Mit 1 Liter Ameisensäure können 590 Liter Wasserstoff transportiert werden. Dies ist die Grundlage des von der Group of Catalysis for Energy and Environment (GCEE) am EPFL-Labor von Gabor Laurenczy an der EPFL und der auf die Energiewende mit der Entwicklung von Lösungen für die Energiespeicherung spezialisierten Gruppe GRT entwickelten Projekts. Gemeinsam haben sie eine neue, integrierte Brennstoffzelle aus Ameisensäure und Wasserstoff entwickelt.
«Ameisensäure wird bereits in Mengen von Hunderttausenden Tonnen aus erneuerbarer Energie hergestellt und in der Landwirtschaft, im Leder- und Kautschuksektor sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie breit eingesetzt.»
Einfach zu lagernde Flüssigkeit
Ameisensäure ist unter normalen Bedingungen flüssig, einfach zu lagern, zu transportieren und zu handhaben. Sie wird bereits in Mengen von Hunderttausenden Tonnen aus erneuerbarer Energie hergestellt und in der Landwirtschaft, im Leder- und Kautschuksektor sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie breit eingesetzt.
Das Gerät für die Extraktion von Wasserstoff aus Ameisensäure besteht aus zwei Hauptteilen: einem Wasserstoff-Reformer (HYFORM) und einer Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEMFC). Der Reformer nutzt einen Ruthenium-Katalysator, um den Wasserstoff herauszulösen, obwohl die Wissenschaftler zurzeit Katalysatoren mit noch günstigeren Materialien entwickeln.
Saubere Lösung
Das Gerät kann 7000 kWh pro Jahr erzeugen und besitzt eine Nominalleistung von 800 Watt – etwa gleich viel wie 200 Smartphones, die gleichzeitig aufgeladen werden. Der elektrische Wirkungsgrad liegt zurzeit bei mindestens 45%. Solange die verwendete Ameisensäure nachhaltig hergestellt wird, ist die Brennstoffzelle umweltfreundlich und ermöglicht die langfristige Speicherung erneuerbarer Energie. Sie ist geräuschlos, setzt ein sauberes Gas frei, besitzt keinerlei CO2-Emissionen und erzeugt weder Partikel noch Stickoxide.
Das Gerät braucht wenig Unterhalt und sichert eine stabile und langfristige Katalysatorleistung. Die Technologie kann vervielfacht und folglich sowohl im Haushalt als auch in Industrieanlagen genutzt werden. Da das System nur Ameisensäure braucht, ist kein Anschluss an das Stromnetz nötig, wodurch es für entlegene oder unzugängliche Gebiete ideal ist.
«Die chemische Umwandlung des Treibhausgases CO2 in nützliche Produkte wird immer wichtiger, weil dessen Anstieg in der Atmosphäre aufgrund der menschlichen Aktivitäten immer weiter geht», erklärt Gabor Laurenczy. «Deshalb ist die nachhaltige Herstellung von Ameisensäure als Energieträger des Wasserstoffs unter Verwendung von CO2 sehr wichtig. Die weltweite Nachfrage nach Ameisensäure steigt, besonders im Zusammenhang mit den erneuerbaren Energien. Die Wasserstoffträger und ihre Herstellung auf der Grundlage von CO2, d.h. durch Hydrierung, aus Bioabfällen oder Biomasse, sind viel nachhaltiger als die aktuellen Methoden.»