Speicher für Brennstoffzellen
Kleiner Tank mit großen Löchern

Die Brennstoffzelle gewinnt in der Energiewirtschaft kontinuierlich an Bedeutung. Um noch effektiver zu werden, braucht Wasserstoff als ihr Energieträger passende Speicher. An der Universität von Michigan tüfteln Professoren und Studenten an speziellen Verbindunden, die in Zukunft als Wasserstofftanks für Brennstoffzellen zum Einsatz kommen könnten.

DÜSSELDORF. Eigentlich könnte sich Omar Yaghi ausruhen. Seit Jahren hält er einen Weltrekord und überbietet sich allenfalls selbst. Der Chemiker an der Universität von Michigan in Ann Arbor stellt die weltbesten Speichermaterialien für Wasserstoff her. Möglichst viel Wasserstoff auf möglichst wenig Raum, das ist das Ziel. Auf seine Erfolge angesprochen, gibt der Weltmeister sich bescheiden. "Das verdanke ich der Disziplin meiner Studenten und Mitarbeiter, die Tag und Nacht neue Stoffe herstellen."

Das Material, mit welchem Yaghi derzeit die Nase vorne hat, sieht unspektakulär aus: Farblose, kleine Kristalle, die an Zucker erinnern. Spätestens in Yaghis Büro ahnt man, dass die vermeintlich langweiligen Kristalle ästhetische Kunstwerke ohnegleichen sind. Hier hängen Konstruktionszeichnungen an den Wänden, die den atomaren Aufbau des Spitzenreiters in voller Pracht zeigen.

Dreieckige Zinkoxidpyramiden bilden die Perlen eines dreidimensionalen Schmuckstücks. Sie sind über Kettenglieder aus organischem Material verbunden. Weil metallische und organische Komponenten miteinander verknüpft sind, sprechen die Forscher auch von metallorganischen Gerüsten, kurz MOF (metal-organic framework). "MOF-177" taufte Yaghi seinen Favoriten.

Als Wasserstofftank taugen die MOFs wegen der Hohlräume im gesamten Geflecht. Die sind aber kein Zufall. Täglich setzen die Forscher im Computer metallorganische Gerüste zusammen, indem sie Atom für Atom in Position rücken. Auf Knopfdruck wird am Ende die Größe der Löcher berechnet. Auf diese hat es Yaghi abgesehen. Sie sollen möglichst viel Wasserstoff beherbergen und ihn zu gegebener Zeit auch wieder freigeben. "MOF-177 kann 7,5 Gewichtsprozent an Wasserstoff speichern. Allerdings bei frostigen minus 196 Grad Celsius und einem Druck von 50 bis 70 Bar", sagt Yaghi. Rund ein Dutzend Wasserstoffmoleküle nisten sich in jede Pore ein. "Jede Kante und jede Fläche sind belegt", schildert Yaghi.

"Wir haben herausgefunden, dass ein MOF umso mehr Wasserstoff aufnimmt, je größer die Fläche ist, die seine Hohlräume bieten." Die innere Oberfläche lässt sich vergrößern, indem die organischen Kettenglieder anders angeordnet oder aus anderen Materialien geschmiedet werden. Brachte es der Spitzenreiter aus dem Jahr 2002 nur auf ein halbes Fußballfeld im Inneren je Gramm, so bietet der derzeitige Erstplatzierte mit 5500 Quadratmetern ziemlich genau einem Spielfeld Platz. Der Clou: Die organischen Verknüpfungen sind in dem neuen Spitzenreiter noch deutlich ausladender. Statt Terephthalsäure wird Benzoltribenzoat eingebaut.

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