Chemie: Wasserstoffspeicherung mit Xenon
© Nature Chemistry (Ausschnitt)
Wenn es um die Energieversorgung der Zukunft geht, rangieren Brennstoffzellen, die chemische in elektrische Energie umwandeln, ganz weit vorne: Fossile Brennstoffe werden geschont, und statt schädlicher Abgase entsteht nur Wasserdampf. Die Speicher für den benötigten Wasserstoff sind bislang jedoch zu groß, zu schwer oder zu ineffizient. Neue Hoffnungen weckt nun eine Entdeckung von Wissenschaftlern der Carnegie Institution of Washington: Das Edelgas Xenon bildet bei mehr als 40000-fachem Atmosphärendruck, nämlich ab 4,1 Gigapascal, feste Verbindungen mit Wasserstoff, der darin äußerst kompakt gespeichert ist.
Die Forscher füllten Mischungen von Xenon und Wasserstoff in verschiedenen Mengenverhältnissen in Diamantstempelzellen, in denen ein Druck bis über zwei Millionen bar erzeugt werden kann. Ab 4,1 Gigapascal entstanden Festkörper mit definierter Zusammensetzung und Kristallstruktur. Die Gasatome rückten dabei zu einer möglichst platzsparenden Anordnung zusammen. „Das ist, wie wenn Leute in einem Aufzug sich dichter nebeneinander stellen, sobald weitere Personen zusteigen,“ erzählt Maddury Somayazulu vom Forscherteam. Mit zunehmendem Druck wurden die Verbindungen immer stabiler. Bei einem Festkörper ließ sich anhand von Röntgenbeugung die Kristallstruktur ermitteln. Demnach waren darin zwischen dicht gepackten Wasserstoffatomen in regelmäßiger Weise lose verbundene Xenon-Paare angeordnet; das stöchiometrische Verhältnis zwischen dem leichten und dem schweren Element betrug 14 zu 1. Bei über 255 Gigapascal waren die Atome schließlich so dicht zusammengepresst, dass der Festkörper metallische Eigenschaften annahm.
Wirtschaftlich ist die Speicherung von Wasserstoff mit Xenon zwar nicht interessant, weil das Edelgas zu schwer und teuer ist. Doch auf Grundlage der Ergebnisse kann nun nach günstigeren Alternativen gesucht werden.
Julia Eder
Die Forscher füllten Mischungen von Xenon und Wasserstoff in verschiedenen Mengenverhältnissen in Diamantstempelzellen, in denen ein Druck bis über zwei Millionen bar erzeugt werden kann. Ab 4,1 Gigapascal entstanden Festkörper mit definierter Zusammensetzung und Kristallstruktur. Die Gasatome rückten dabei zu einer möglichst platzsparenden Anordnung zusammen. „Das ist, wie wenn Leute in einem Aufzug sich dichter nebeneinander stellen, sobald weitere Personen zusteigen,“ erzählt Maddury Somayazulu vom Forscherteam. Mit zunehmendem Druck wurden die Verbindungen immer stabiler. Bei einem Festkörper ließ sich anhand von Röntgenbeugung die Kristallstruktur ermitteln. Demnach waren darin zwischen dicht gepackten Wasserstoffatomen in regelmäßiger Weise lose verbundene Xenon-Paare angeordnet; das stöchiometrische Verhältnis zwischen dem leichten und dem schweren Element betrug 14 zu 1. Bei über 255 Gigapascal waren die Atome schließlich so dicht zusammengepresst, dass der Festkörper metallische Eigenschaften annahm.
Wirtschaftlich ist die Speicherung von Wasserstoff mit Xenon zwar nicht interessant, weil das Edelgas zu schwer und teuer ist. Doch auf Grundlage der Ergebnisse kann nun nach günstigeren Alternativen gesucht werden.
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