Am Helmholtz-Zentrum Hereon entwickelt Martin Dornheim effiziente Wasserstoffspeicher auf der Basis von Metallhydriden (Bild: Hereon/Rolf Otzipka).

Der Physiker und Idealist

Martin Dornheim arbeitet an Tanks, in denen sich jede Menge Wasserstoff effizient speichern lässt. Damit will er den Weg ebnen, um Autos mit Brennstoffzellen flächendeckend auf die Straße zu bringen – und die Welt ein klein wenig besser machen.

Manchmal braucht Martin Dornheim das Rauschen der Baumwipfel. Er verlässt dann während der Mittagspause sein Büro im Helmholtz-Zentrum Hereon. Es zieht ihn zur Bewegung und zum Nachdenken in den Wald, der den großen Wissenschaftscampus in Geesthacht umgibt. In dieser Stunde in der Natur flammt auch eine alte Leidenschaft des Physikers auf: Als junger Schüler wollte er Forstwirt werden – und heute, einige Jahrzehnte später, stellt Martin Dornheim fest, dass er jetzt mit seiner Wasserstoffforschung eigentlich das gleiche Ziel verfolgt, um das es ihm auch als Forstwirt gegangen wäre: die Natur zu schützen und die Welt ein bisschen besser zu machen.

Effiziente Wasserstoffspeicher der Zukunft

Einen Weg jedoch gibt es, den Dornheim auf dem Campus des Forschungszentrums öfter zurücklegt als den in den Wald: Er führt in die Labore und die imposante Werkshalle, die hier vor wenigen Jahren für die Forschung seines Teams gebaut worden ist. Dort stehen sogenannte Hochenergiemühlen – wie stählerne Trommeln sehen die größten von ihnen aus, in denen durch Vibration, Rotation oder durch einen Rührarm Stahlkugeln in Bewegung gesetzt werden, von denen manche golfballgroß sind und andere nur wenige Millimeter messen. Wenn sie mit Wucht aneinanderstoßen, zerreiben sie das Mahlgut. „Wir stellen damit ein feines Pulver her, das den Wasserstoff aufsaugt wie ein Schwamm“, erklärt Martin Dornheim. Das feine Pulver sind Metallhydride – also Metalle, die leicht eine Bindung mit Wasserstoff eingehen. Auf diesen Materialien fußt die Forschung der Geesthachter: Die Wissenschaftler entwickeln möglichst effiziente Wasserstoffspeicher auf der Basis von Metallhydriden. „Zwischen den Pulverpartikeln gibt es viele Poren und Kanäle“, sagt Dornheim. „Durch sie kann sich der Wasserstoff schnell verteilen und wird im Metall chemisch gebunden.“ So kann er gespeichert und bei Bedarf immer wieder aus der chemischen Bindung befreit werden.

Wenn Martin Dornheim davon erzählt, ist ihm die Begeisterung für das Thema anzumerken – selbst dann, wenn er über die Knackpunkte der Speichertechnik spricht. Die liegen unter anderem in der nötigen Wärmezufuhr. „Als ich vor fast 20 Jahren in Geesthacht mit diesem Thema angefangen habe, stand Magnesium im Mittelpunkt der Forschung“, erinnert er sich – das Metall speichert besonders viel Wasserstoff, aber mit einer sehr hohen Reaktionstemperatur. Das bedeutet: Wenn der gespeicherte Wasserstoff wieder abgerufen wird, muss das Material dafür hoch erhitzt werden – und das ist für viele Anwendungen ein großes Hindernis. „Seither konzentrieren wir uns auf die Suche nach Metallhydriden, die eine ähnlich hohe Speicherkapazität erreichen, aber einen deutlich niedrigeren Wärmebedarf haben“, erläutert Martin Dornheim, der erst im vergangenen Jahr für seine Forschungsarbeiten in Japan mit dem renommierten „Science of Hydrogen & Energy Award“ ausgezeichnet worden ist.

Wasserstoff als Hoffnungsträger der Energiewende

Seit 2005 ist er Experte des Wasserstofftechnologie-Kollaborations-Programms der Internationalen Energieagentur und diskutiert und berät regelmäßig mit internationalen Partnern über mögliche neue Wege und Fortschritte in der Wasserstoffspeicherung. Außerdem ist er mitverantwortlich dafür, die europäische Hydrogen Roadmap zu erstellen und weiterzuentwickeln. Woran er arbeitet, erklärt er regelmäßig, auch vor Fernsehkameras, denn Wasserstoff als Hoffnungsträger für die Energiewende gerät immer mehr in den Blickpunkt der Öffentlichkeit. Erst kürzlich waren Martin Dornheim und seine Kollegen im Abendprogramm zu sehen: Dornheim saß dort am Steuer eines wasserstoffbetriebenen Geländewagens und brauste über die Straßen rund um Geesthacht – „das ist ein Kleinserienfahrzeug, das wir hier als Dienstwagen nutzen“, erklärt er. Ab Werk ist der Wagen mit einem Wasserstofftank ausgestattet, und Dornheim dient er vor allem dazu, seine eigene Technik zu erläutern: Während bisherige Fahrzeuge so wie der Hereon-Dienstwagen noch einen großen Drucktank an Bord haben, in dem Wasserstoff unter 700 bar – also dem 700-fachen des Atmosphärendrucks – gespeichert wird, lässt sich mit Metallhydriden ein anderer Weg beschreiten. Die Forscher arbeiten an Tanks, in denen die feingemahlenen Metallhydrid-Partikel den Wasserstoff speichern – ganz ohne derartig hohe Drücke und damit wesentlich sicherer.

„Ich habe mich schon früh für die Naturwissenschaften interessiert. Während andere Romane lasen oder auf dem Fußballplatz waren, habe ich Sachbücher vorgezogen. Ab dem Moment, in dem auch die Inhalte der Schulphysik langsam komplizierter und damit auch für mich interessanter wurden, wurde Physik neben Latein und Mathematik zu einem meiner Lieblingsfächer“, erinnert sich Martin Dornheim an seine Schulzeit. Deshalb entschied er sich dann auch für ein Physikstudium – und spezialisierte sich früh auf die Festkörperphysik. „Mir war klar, dass es da viele Anknüpfungspunkte für die Anwendung gibt“, sagt er im Rückblick; für genau solche Forschung, wie er sie jetzt betreibt. Und an der Stelle schließt sich der Kreis zu seinem frühen Berufswunsch des Forstwirts: „Damals in den 1980er Jahren war das Waldsterben ein großes Thema, das mich als Schüler sehr bewegt hat“, sagt er. Als Forstwirt hätte er nur sehr bedingt dazu beitragen können, die Lage zu verbessern; doch genau dies treibt ihn auch heute als Wissenschaftler noch an: einen Beitrag zu einem umweltfreundlicheren Leben zu leisten.

„Ich bin überzeugt davon, dass sich die Wasserstofftechnologie in vielen Bereichen durchsetzen wird und damit den Gebrauch fossiler Brennstoffe deutlich vermindern oder sogar ersetzen kann. Auch Brennstoffzellenfahrzeuge werden sich durchsetzen“, sagt er und gibt gleich eine Prognose ab: „Im Jahr 2050 werden Autos mit Brennstoffzellen und batterieelektrische Fahrzeuge beide große Anteile am Markt haben. Die Vorteile der Brennstoffzellenfahrzeuge gegenüber den reinen batterieelektrischen-Fahrzeugen liegen in der größeren Reichweite und der schnelleren Betankungszeit.“ Auch die zeitliche Entkopplung von Wind- und Solarenergieproduktion und der Nutzung dieser Energie für die Betankung beziehungsweise Beladung sei gegenüber der Batterie ein großer Vorteil.

Er selbst fährt privat bislang noch mit konventioneller Technik, da es in seinem Landkreis noch keine Wasserstofftankstelle gibt: Mit seiner Frau und den fünf Kindern wohnt er im Lüneburger Umland – und ärgert sich mehr und mehr über die tägliche Pendelei ins schleswig-holsteinische Geesthacht.

Immerhin kann er die Zeit gut nutzen und Vokabeln wiederholen: Martin Dornheim lernt gerade hebräisch. Als praktizierender Christ ist er begeisterter Bibelleser und will sich dem Originaltext nähern. „Es ist aber deprimierend, wie langsam ich mit dem Sprachenlernen vorankomme“, klagt er dann. Dass er trotzdem dranbleibt, hat vermutlich mit seiner wissenschaftlichen Erfahrung zu tun: Geduld und ein langer Atem führen am Ende zum Erfolg – das hat er schließlich bei seiner Forschung schon öfters erlebt.

21.05.2021 , Kilian Kirchgeßner
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