Die Wasserstoffwirtschaft hat ein Logistikproblem, das oft unterschätzt wird: Das Gas selbst lässt sich schlecht speichern und transportieren. Drucktanks und kryogene Verfahren sind etabliert, stoßen jedoch an Grenzen - hohe Energieaufwände, komplexe Infrastruktur und Sicherheitsfragen. Genau hier setzt ein neues Verfahren an, das das Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock gemeinsam mit dem bayerischen Unternehmen OxFA entwickelt hat. Der Ausgangsstoff ist unspektakulär: Ameisensäure. Das Ergebnis könnte für die produzierende Industrie relevant werden.
Ameisensäure als Wasserstoffträger - die Idee dahinter
Ameisensäure gehört mit einer Jahresproduktion von rund einer Million Tonnen zu den wichtigsten Basischemikalien.[1] Bislang dient sie vor allem als Konservierungsmittel in der Futtermittelbranche. Ihr chemisches Potenzial als Wasserstoffspeicher ist dagegen noch weitgehend ungenutzt.
Wasserstoff aus Ameisensäure ließe sich als Energieträger nutzen, ohne das Gas dauerhaft in großen Drucktanks speichern zu müssen. Das ist der entscheidende Unterschied zu konventionellen Ansätzen: Wasserstoff muss in massiven Drucktanks oder in flüssiger Form in extrem gut wärmeisolierten Behältern gelagert werden - Ameisensäure dagegen lässt sich wie Benzin in den Tank füllen. Ameisensäure bietet eine schnellere, einfachere und sicherere Logistik - sie lässt sich in Polyethylen-Containern transportieren - sowie eine hohe Speicherkapazität von 53 kg/m³ und relativ niedrige Betriebskosten.
Photo: Stephan HK / UnsplashDer BFH-Prozess: Biomasse -> Ameisensäure -> Wasserstoff
Das neue Verfahren stellt nach der Ameisensäureproduktion auch noch den zweiten Schritt eines Prozesses zur nachhaltigen und klimaschonenden Wasserstoffproduktion aus Biomasse dar - den sogenannten BFH-Prozess (Biomass Formic Acid Hydrogen).
Die Prozesskette ist zweistufig: OxFA stellt Ameisensäure aus biogenen Roh- und Reststoffen her - dafür eignen sich verholzte Pflanzenreste, feuchte Materialien, vergorene Biomasse und Abfälle. Im zweiten Schritt wird aus dieser Ameisensäure Wasserstoff freigesetzt. Das Rohstoffpotenzial ist erheblich: Nach Angaben des Deutschen Biomasseforschungszentrums bleiben allein in Deutschland jährlich rund 31 Millionen Tonnen technisch nutzbare Biomasse ungenutzt.
Das Kernproblem: Wässrige Ameisensäure war bisher ein Hindernis
Wer Wasserstoff aus Biomasse gewinnen will, landet zwangsläufig bei einer wasserhaltigen Ameisensäure - und genau das war das Problem. Das aktuelle Verfahren arbeitet mit nassen, biogenen Roh- und Reststoffen als Ausgangsstoffen, was systembedingt zu einer wasserhaltigen Ameisensäure führt - das sei für die etablierten Freisetzungsprozesse ein Problem.
Die naheliegende Lösung - Destillation zur Aufkonzentrierung - scheidet aus wirtschaftlichen Gründen aus: Destillation braucht viel Energie und würde den gesamten Prozess verteuern - gerade bei einem Energieträger wäre ein solcher Zwischenschritt ungünstig.
Die Forscher suchten deshalb nach einem Katalysator, der auch mit verdünnter und ungereinigter Ameisensäure zurechtkommt - dafür veränderten sie bekannte Ruthenium-Komplexe und ergänzten ein Amin, das die Reaktion zwischen Ameisensäure und Katalysator erleichtert. Das Team beschäftigt sich seit rund 15 Jahren mit solchen Systemen.
Was der neue Katalysator leistet - und wo er Kompromisse macht
Die Ergebnisse aus dem Technikum sind konkret. Besonders auffällig ist die niedrige Reaktionstemperatur: Das System arbeitet bereits bei 65 Grad Celsius - damit liegt es in einem Temperaturbereich, der zu Niedertemperatur-Brennstoffzellen passt, die bei weniger als 100 Grad Celsius betrieben werden.
Im Dauertest lief das Verfahren in einer Pilotanlage mehr als 820 Stunden stabil und erzeugte dabei rund 30 Kubikmeter Wasserstoff. Die Anlage arbeitete kontinuierlich und nutzte biogene Ameisensäure direkt aus der Produktion - eine zusätzliche Aufreinigung war nicht nötig. Trotz wechselnder Wasseranteile blieb der Prozess mehr als 820 Stunden stabil.
Bei der Reaktion wird die Ameisensäure nahezu vollständig in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt. Die Flexibilität des Katalysators ist bemerkenswert: Nach Angaben der Entwickler funktioniert die Reaktion bei einem Ameisensäureanteil zwischen fünf und 99 Prozent.
Der Katalysator hat aber auch eine Schwäche, die die Entwickler offen benennen: Er reagiert etwas langsamer als einige bekannte Systeme - dafür verkraftet er Ameisensäure mit sehr unterschiedlichen Konzentrationen. Das ist ein klassischer Ingenieurskompromiss: Robustheit gegen Rohstoffschwankungen auf Kosten von Spitzenaktivität.
Das Verfahren wurde zum Patent angemeldet. Die Phasenseparation — Übergang der Ameisensäure von der wässrigen in die organische Phase — erfordert eine präzise Steuerung von Temperatur, Zufluss und Wasserabzug. Aktive Komponenten wie Additiv und Katalysator bleiben dabei im System erhalten.
Was das für die Industrie bedeutet
Die Wasserstoffspeicherung ist heute einer der zentralen Kostentreiber in der Wasserstoffwirtschaft. Formiate und Ameisensäure sind relativ stabil, leicht zu handhaben und verursachen beim Transport weniger Risiken als gasförmiger oder verflüssigter Wasserstoff - besonders interessant ist die Möglichkeit, Wasserstoff bedarfsgerecht freizusetzen, etwa direkt an Tankstellen oder in dezentralen Energieanlagen.
Für Produktionsbetriebe, die dezentrale Wasserstoffversorgung aufbauen wollen, ist das ein relevanter Ansatz. Die Infrastrukturanforderungen sind deutlich geringer als bei Druckgas- oder Kryospeicherung. Und der Rohstoff - biogene Reststoffe - ist in Deutschland im Überfluss vorhanden, bislang aber kaum genutzt.
Gleichzeitig ist Nüchternheit angebracht. Das Verfahren befindet sich noch im Technikumsstadium. Der Weg von 30 Kubikmetern Wasserstoff im Pilotbetrieb zur industriellen Skalierung ist weit. Fragen zur Wirtschaftlichkeit im Großmaßstab, zur CO₂-Bilanz des Gesamtprozesses und zur Reinheit des erzeugten Wasserstoffs für anspruchsvolle Brennstoffzellenanwendungen sind noch nicht abschließend beantwortet.
Dass das Verfahren bereits zum Patent angemeldet wurde[1] und im Technikum unter realen Bedingungen erprobt ist, ist dennoch ein klarer Fortschritt gegenüber reinen Laborergebnissen. Für Einkäufer und Produktionsplaner, die Wasserstoffstrategien entwickeln, lohnt es sich, diesen Ansatz im Blick zu behalten - gerade weil er auf einer bestehenden Chemikalieninfrastruktur aufbaut und keine völlig neue Logistikkette erfordert.
Was ist der BFH-Prozess?
BFH steht für Biomass–Formic Acid–Hydrogen. Der zweistufige Prozess wandelt biogene Reststoffe zunächst in Ameisensäure um, aus der anschließend katalytisch Wasserstoff freigesetzt wird.
Warum ist wässrige Ameisensäure ein Problem für die Wasserstoffgewinnung?
Biogene Rohstoffe liefern systembedingt wasserhaltige Ameisensäure. Etablierte Freisetzungsverfahren kommen damit schlecht zurecht. Eine Aufkonzentrierung per Destillation wäre energieintensiv und unwirtschaftlich.
Bei welcher Temperatur arbeitet der neue Katalysator?
Das System arbeitet bereits bei 65 Grad Celsius — ein Temperaturbereich, der kompatibel mit Niedertemperatur-Brennstoffzellen ist, die unter 100 Grad Celsius betrieben werden.
Wie stabil ist das Verfahren im Dauerbetrieb?
Im Technikum von OxFA lief der Prozess mehr als 820 Stunden stabil, ohne dass die Ameisensäure vorab aufgereinigt werden musste — trotz wechselnder Wasseranteile im Ausgangsstoff.
Ist das Verfahren bereits industriell einsetzbar?
Nein. Das Verfahren befindet sich im Technikumsstadium. Das Patent ist angemeldet, die Skalierung auf industrielle Mengen steht noch aus.
