Metall-organische Gerüste werden als Adsorptionsspeicher in Kraftstofftanks genutzt

   (box) - Wo ein Körper ist, kann kein anderer sein -- nach einem Auffahrunfall wird das den meisten Fahrern beim Anblick ihres Wagens bewusst. Dass die physikalische Wechselwirkung verschiedener Materialien sich nicht immer so intuitiv erfassen lässt, zeigt ein aktuelles Forschungsprojekt an der TU Dresden. Um möglichst viel Gas in einem Druckbehälter zu speichern, befüllen die Forscher diesen mit einer teils organischen, teils anorganischen Substanz, genannt MOF (Metal Organic Framework).

In mit MOFs gefüllten Gasflaschen passt also bei gleichem Druck mehr Gas? Was auf den ersten Blick widersprüchlich erscheint, erklärt Prof. Dr. Stefan Kaskel vom Institut für Anorganische Chemie so: ein MOF -- der Begriff geht auf den amerikanischen Forscher Omar Yaghi zurück -- besitzt jeweils identische Poren, deren Größe über die Länge der organischen Brücken zwischen den Knotenpunkten aus Kupfer, Zink oder Chrom festgelegt ist. Dadurch hat das poröse Gerüst eine enorme innere Oberfläche, an der sich die Gasmoleküle viel effektiver anlagern lassen.
Sie beträgt bis zu 4.500 m²/g -- die Fläche eines halben Fußballfeldes im Volumen eines Zuckerstückchens. Dieser Effekt wird zum Beispiel genutzt, um das Gas in mit MOFs gefüllten Kraftstofftanks bei niedrigerem Druck zu speichern; ein Sicherheitsvorteil für Fahrzeuginsassen.

Vorbild für das Speicherprinzip eines MOFs sind natürliche Minerale, die Zeolithe (aus dem Griechischen, von /zeein/, "sieden", und /lithos/, "Stein"). Dass Zeolithe große Mengen von Wasser speichern können, ist bereits seit über 250 Jahren bekannt. Inzwischen nutzen bereits viele technische Anwendungen Zeolithstrukturen, ob in Katalysatoren, in thermochemischen Wärmespeichern oder für die umweltfreundliche Enthärtung von Wasser. Immer wieder werden neue Anwendungsfelder erschlossen.

In dem Verbundprojekt NANOSORB, das zu gleichen Teilen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von zwei industriellen Partnern (der Merck KgaA und der E.ON Ruhrgas AG) gefördert wird, arbeitet Stefan Kaskel gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU Dresden und der Justus-Liebig-Universität Giessen an der Entwicklung mobiler Adsorptionsspeicher auf der Basis nanoporöser Materialien mit einer möglichst hohen Speicherdichte. In Dresden synthetisiert wurde etwa kürzlich TUDMOF-1, eine Verbindung aus Molybdän und Trimesinsäure sowie neue MOFs aus Magnesium.

Langfristig könnten die Dresdner Forscher durch die Entwicklung sicherer Tanks mit höherer Energiespeicherdichte also helfen, die Nutzung alternativer Kraftstoffe wie Erdgas oder Wasserstoff noch attraktiver zu machen. Hier besteht dringender Handlungsbedarf, wenn Deutschland die neuen Abgasrichtlinien der EU erfüllen will. Dass die Emissionswerte bei der Verbrennung von Erdgas gegenüber Benzin bis zu 25% niedriger ausfallen, hat in der bisherigen CO_2 -Debatte fast keine Rolle gespielt; dennoch liegt hier noch großes Einsparpotential. Die neuen Zulassungszahlen von Erdgasfahrzeugen machen jedenfalls Hoffnung, dass sich in diesem lange vernachlässigten Marktsegment endlich etwas tut:
2006 wurden in Deutschland im Vergleich zum Vorjahr 44 Prozent mehr Erdgasfahrzeuge angemeldet.