Wie man Gas in einen Käfig sperrt

10. Dezember 2016, 09:00
26 Postings

Stefan Arzbacher forscht an neuer Methode zur Wasserstoff- und Methanspeicherung

Dornbirn – Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Möchte man ihn speichern – etwa um ihn bei Bedarf in einer Brennstoffzelle in Bewegungsenergie umzuwandeln und so ein Auto anzutreiben -, benötigt man aufwendige technologische Lösungen. Wasserstofftanks müssen entweder hohem Druck standhalten oder so gut isoliert sein, dass sie verflüssigtes Gas bei Temperaturen unter -250 Grad Celsius halten können.

Stefan Arzbacher untersucht im Forschungsbereich Energie der FH Vorarlberg eine weitere Speicherart, die sich als weniger aufwendig erweisen könnte: jene in sogenannten Klathraten. Man versteht darunter eisähnliche Einschlussverbindungen, bei denen Gasmoleküle in Käfigen aus Wassermolekülen eingelagert sind.

"Klathrate stellen eine interessante Möglichkeit zur Speicherung beispielsweise von Wasserstoff oder Methan dar. Die Technologie ist nicht nur sicher und sauber, sondern lässt auch eine ähnlich hohe Energiedichte wie konventionelle Speichermethoden zu", so der Forscher, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FH gerade an einer Dissertation zu dem Thema am Institut für physikalische Chemie der Universität Innsbruck arbeitet.

Klathrate kommen auch in der Natur vor, erklärt Arzbacher. Große Mengen an Erdgas sind in dieser Form im Permafrost und am Meeresboden gespeichert. Die Energiewirtschaft forscht daran, diese Vorkommen nutzbar zu machen. Auch in Gaspipelines können sich Klathrate bilden und dort zu verstopften Rohren führen.

Arzbacher untersucht in seiner Grundlagenforschung Klathrate mit Methan oder Kohlendioxid als Gastmolekülen. Diese sind in Experimenten einfacher zu handhaben als Wasserstoff. Das Herausziehen der Gastmoleküle aus der Struktur lässt sich durch Erwärmen leicht bewerkstelligen, die Schwierigkeit liege im Befüllen, so Arzbacher. "Die Einlagerung dauert viel länger als etwa das Laden eines Akkus, der Strom speichert."

Um diesen Prozess zu beschleunigen, müsse das Verständnis der physikalischen und chemischen Vorgänge in den Klathratstrukturen erweitert werden. Für seine Untersuchungen des Masse- und Wärmetransports verwendet der Forscher ein Instrument, das auch in der Medizin verbreitet ist: einen Computertomografen. Die damit gewonnenen Bilder aus dem Inneren der Klathratproben können mit Simulationsmodellen abgeglichen werden, um Theorie und reale Vorgänge in Übereinstimmung zu bringen. Die Tomografie, deren Nutzung auch in den Materialwissenschaften populärer wird, wird an der FH Vorarlberg im Rahmen des von der Förderagentur FFG unterstützten Projekts "Tomografiebasierte Entwicklung von funktionellen mikrostrukturierten Materialien" eingesetzt, an dem auch Arzbacher beteiligt ist.

Den 34-jährigen Vorarlberger hat der Ruf der Wissenschaft erst spät ereilt. "Nach der HTL habe ich sieben Jahre lang in der Schweiz gearbeitet", so Arzbacher. Mangelnde Zukunftsperspektiven führten ihn zu seinem ursprünglichen Plan, den er nach der Schule aus finanziellen Gründen nicht umsetzen konnte: Er studierte Mathematik und Physik in Innsbruck, wo er sein Interesse für computergestützte Physik entdeckte. Das private Gegenprogramm zur Forschung bildet sein Haus, das er gerade restauriert. Das sei "mindestens genauso herausfordernd". (Alois Pumhösel, 10.12.2016)

  • Stefan Arzbacher untersucht an der FH Vorarlberg, wie man Gas in molekularen Käfigen einlagert.
    foto: arzbacher

    Stefan Arzbacher untersucht an der FH Vorarlberg, wie man Gas in molekularen Käfigen einlagert.

Share if you care.