Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff in einem metallischen Basismaterial durch direkte Wasserstoff -Anreicherung des in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegenden Basismaterials und nachfolgender rascher Erstarrung. Als metallisches Basismaterial wird eine Al-Mg- Legierung oder Al oder Mg verwendet.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche wasserstoffhaltige Material, welches Wasserstoff in Form von Metallhydriden enthält. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung des wasserstoffhaltigen Materials zur Bereitstellung von Wasserstoff durch Freisetzung des Wasserstoffs aus dem Material.

Die Nutzung sogenannter erneuerbarer Energien wie Wind- und Sonnenenergie zur Stromerzeugung ist bekanntlich mit dem Nachteil behaftet, dass diese Energien nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen, was zu Schwankungen bei der Stromerzeugung führt. Daraus resultiert ein wachsender Bedarf für Speichermöglichkeiten, damit Energie in Zeiten mit hohem Energieaufkommen gespeichert werden und in Zeiten mit niedrigem Energieaufkommen oder erhöhtem Stromverbrauch wieder in das Stromnetz eingespeist werden kann.

Da eine direkte Speicherung von elektrischer Energie technisch kaum möglich ist, ist es erforderlich, diese Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, welche zur späteren Ver- stromung oder zur anderweitigen Verwertung zwischengespeichert werden kann. Ein bekanntes energiewirtschaftliches Konzept für die Stromspeicherung beruht auf der Verwendung von Wasserstoff als Energieträger . Dabei wird die von erneuerbaren Energiequellen gelieferte Elektrizität, insbesondere bei temporären Stromüberschüssen, zur Herstellung von Wasserstoff (üblicherweise durch Elektrolyse von Wasser) verwendet . Der so erzeugte Wasserstoff kann in geeigneten Speichern kurz- oder längerfristig gespeichert werden und schließlich wieder verstromt werden (z . B . mittels Brennstoffzellen) oder auf andere Weise genutzt werden (z . B . Methanisierung, Verbrennung) .

Wasserstoff kann entweder in Druckspeichern gasförmig gespeichert werden oder nach Tieftemperatur-Verflüssigung in entsprechend geeigneten Kryobehältern. Nachteilig ist dabei das hohe Gewicht der Speicherbehälter, das Risiko von Wasserstoff -Lecks und der Energieaufwand für die Tieftemperatur- Kühlung . Aufgrund dieser Nachteile sind die vorstehend genannten Wasserstoff Speicher unwirtschaftlich und vor allem für mobile Anwendungen, beispielsweise in Fahrzeugen, wenig geeignet oder ungeeignet .

Darüber hinaus ist bekannt, Wasserstoff in Form von Metall - hydriden zu speichern, welche in fester Form vor liegen. Unter Wärmeeinwirkung kann der chemisch gebundene Wasserstoff später wieder aus den Metallhydriden freigesetzt werden.

Die Herstellung dieser Metallhydride erfolgt im Allgemeinen in der Weise, dass das jeweilige Metall im festen Zustand mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, so dass dieser in das Metall hinein diffundieren kann. Infolgedessen bildet sich auf der Metalloberfläche eine Hydridschicht aus . Durch die wachsende Hydridschicht wird jedoch die Diffusion des Wasserstoffs in das Innere des Metalls erschwert .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Herstellungsverfahren für ein wasserstoffhaltiges Speichermaterial und ein wasserstoffhaltiges Speichermaterial bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet oder verringert , insbesondere aber eine verbesserte Wasserstoff - Anreicherung in Form von Metallhydriden ermöglicht .

Gemäß vorliegender Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch ein Wasserstoff haltiges Material gemäß Anspruch 12 gelöst , sowie durch die in den weiteren Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegebenen Aus führungs formen.

Demnach dient das erfindungsgemäße Verfahren der Speicherung von Wasserstoff in einem metallischen Basismaterial unter Bildung von Metallhydriden. Das bei dem Verfahren verwendete metallische Basismaterial ist

(i) eine Al -Mg-Legierung, oder

(ii) Aluminium, oder

(iii) Magnesium.

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf : a) Zufuhr von H ₂ in eine Schmelze des Basismaterials , um das Basismaterial mit H ₂ anzureichern, wobei die H ₂ - Zufuhr bei einer Temperatur erfolgt, welche

- im Falle der Verwendung einer Al-Mg-Legierung mindestens so hoch ist wie die Solidustemperatur der Al-Mg-Legierung, oder - im Falle der Verwendung einer Al- oder Mg- Schmelze mindestens so hoch ist wie die Schmelztemperatur von Aluminium oder von Magnesium; b) Rasche, bevorzugt ultraschnelle Abkühlung der Schmelze zwecks Erstarren der Schmelze .

Wie angegeben, wird als metallisches Basismaterial eine Al- Mg-Legierung oder Aluminium oder Magnesium verwendet . Das Basismaterial kann neben den genannten Elementen (Al , Mg) übliche oder unvermeidliche Beimengungen (Begleitelemente) enthalten, wobei der Anteil solcher Beimengungen vorzugsweise auf insgesamt maximal 5 Gew. -% beschränkt ist, insbesondere auf maximal 2 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Basismaterial insgesamt . Beispiele für solche Beimengungen sind Fe, Cu, Zn, Mn. Das Basismaterial besteht somit aus Al und Mg bzw. aus Al oder Mg, jeweils mit üblichen oder unvermeidlichen Beimengungen. Vorzugsweise wird zur Herstellung des Basismaterials Al und/oder Mg mit einer Reinheit von mindestens 99 Gew. -% verwendet .

Im Falle der Verwendung einer Al -Mg- Legierung kann das Verhältnis Al/Mg beliebig variiert werden. Insbesondere umfasst das Verhältnis Al/Mg (bezogen auf die Anteile in Gew. -%) alle Kombinationen zwischen 99 , 99 % Al bei 0 , 01 % Mg und 0 , 01 % Al bei 99 , 99 % Mg, bevorzugt alle Kombinationen zwischen 99 % Al bei 1 % Mg und 1 % Al bei 99 % Mg, stärker bevorzugt alle Kombinationen zwischen 95 % Al bei 5 % Mg und 5 % Al bei 95 % Mg .

Als Al-Mg-Legierung kann demnach eine Legierung verwendet werden, welche einen Al-Überschuss aufweist . Vorzugsweise beträgt der Al -Gehalt einer solchen Legierung mindestens 55 Gew. -%, insbesondere mindestens 65 Gew. -%, jeweils bezogen auf den Gesamtgehalt an Al und Mg .

Als Al -Mg- Legierung kann auch eine Legierung verwendet werden, welche einen Mg-Überschuss aufweist . Vorzugsweise beträgt der Mg-Gehalt einer solchen Legierung mindestens 55 Gew. -%, insbesondere mindestens 65 Gew. -%, jeweils bezogen auf den Gesamtgehalt an Al und Mg .

Zur Erzeugung der Schmelze des Basismaterials können grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Anlagen und Verfahren zum Schmelzen von Metallen verwendet werden, beispielsweise Elektro- Schmelzöfen (z . B . Induktionsöfen, Lichtbogenöfen) oder mit Brennstoffen beheizte Schmelzöfen (z . B . koks - , gra- phit- , öl - oder gasbeheizte Öfen) . Bevorzugt wird für die Durchführung des Schmelzprozesses und vorzugsweise auch für die anschließende Wasserstof fanreicherung ein Plasma-Reaktor (Plasma- Schmelzofen) verwendet . Die Art und Weise, wie das Plasma erzeugt wird, ist für die Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens nicht von Bedeutung .

Bei der am meisten bevorzugten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Anreicherung der Schmelze mit Wasserstoff (Zufuhr von H ₂ ) in Schritt (a) des Verfahrens unter Plasmaeinwirkung statt, insbesondere unter Verwendung eines Plasma-Reaktors . Die gegebenenfalls vorangehende Erzeugung der Schmelze des metallischen Basismaterials kann ebenfalls mittels Plasma bewirkt werden, oder mittels der bereits erwähnten Schmelzöfen (Induktionsöfen, mit Brennstoffen beheizte Öfen etc . ) . Bei der Durchführung der Wasserstoff -Anreicherung der Metallschmelze unter Verwendung eines Plasmas kann die Einwirkung des Plasmas zur Bildung von atomarem Wasserstoff führen. Der im atomaren Zustand vorliegende Wasserstoff nimmt ebenfalls am Prozess der Anreicherung teil .

Um das Basismaterial nach dem Prinzip der direkten Wasserstoff -Anreicherung mit Wasserstoff anzureichern, wird der Schmelze - wie in Schritt a) des Verfahrens angegeben - Wasserstoff zugeführt . Dabei kommt es zur Bildung von Al-Mg- Hydriden, Al -Hydriden und/oder Mg-Hydriden.

Zur Anreicherung der Schmelze mit Wasserstoff können neben Wasserstoff auch wasserstoffhaltige Gasmischungen verwendet werden, welche Wasserstoff beispielsweise in Kombination mit Argon, Stickstoff , Neon, Xenon, Radon oder Chlor enthalten. Der verwendete Wasserstoff ist vorzugsweise Wasserstoff , der durch Nutzung regenerativer Energien gewonnen wird (z . B . durch Hydrolyse-Anlagen, die mit Wind- oder Solarenergie betrieben werden) . Jedoch besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Herkunft des beim Verfahren verwendeten Wasserstoffs ; beispielsweise kann auch Wasserstoff verwendet werden, der bei chemischen Prozessen anfällt oder gewonnen wird (z . B . Wasserstoff aus Synthesegas) .

Bei Verwendung einer Al -Mg- Legierung als Basismaterial erfolgt die Wasserstoff zufuhr bei einer Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die Solidus temperatur der Al -Mg-Legie- rung . Dadurch wird erreicht, dass die Al -Mg- Legierung während der Wasserstoff zufuhr im Wesentlichen im geschmolzenen Zustand vorliegt oder vorzugweise vollständig geschmolzen ist . Die Anreicherung der Al -Mg- Legierung mit Wasserstoff wird vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, bei der sich das Basismaterial (Al-Mg-Legierung) vollständig im flüssigen Zustand befindet (d. h. bei oder oberhalb der Liquidustempe- ratur) . Die Wasserstoff zufuhr kann auch bei einer Temperatur erfolgen, die zwischen Solidus- und Liquidustemperatur der jeweiligen Al -Mg-Legierung liegt . Das Basismaterial (Al-Mg- Legierung) befindet sich unter diesen Temperaturbedingungen teils im gelösten, teils im festen Zustand.

Bei Verwendung von Aluminium oder Magnesium als Basismaterial erfolgt die Wasserstoff zufuhr bei einer Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die Schmelztemperatur von Aluminium oder von Magnesium. Dadurch wird erreicht , dass das Aluminium oder Magnesium während der Wasserstoff zufuhr im Wesentlichen im geschmolzenen Zustand vorliegt oder vorzugweise vollständig geschmolzen ist . Die Anreicherung von Al oder Mg mit Wasserstoff wird vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, bei der sich das Basismaterial (Al oder Mg) vollständig im flüssigen Zustand befindet .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die die H ₂ - Zufuhr in Schritt a) bei einer Temperatur durchgeführt, welche oberhalb der Siedetemperatur des Basismaterials (Al-Mg-Legierung oder Al oder Mg) liegt . Dabei liegt das Basismaterial während der Wasserstoff zufuhr zumindest teilweise dampfförmig vor (Metalldampf) . Die Temperatur kann auch so gewählt werden, dass das Basismaterial während der Wasserstoff zufuhr vollständig als Metalldampf vorliegt . Wenn die Prozesstemperatur während der H ₂ - Zufuhr - wie angegeben - oberhalb der Siedetemperatur des jeweiligen Basismaterials liegt, findet die Reaktion von Al und/oder Mg mit H ₂ (unter Bildung der jeweiligen Metallhydride) in der Gas- oder Dampf hase statt .

Im Allgemeinen erfolgt die Anreicherung des Basismaterials mit Wasserstoff in demselben Raum oder Behälter, in welchem das Basismaterial geschmolzen wird. Alternativ kann die zuvor hergestellte Schmelze zum Zwecke der Wasserstoff -Anreicherung in einen anderen Raum oder Behälter geleitet oder transportiert werden. Die Erzeugung der Schmelze kann unabhängig von der Durchführung der Wasserstoff zufuhr erfolgen. In jedem Fall wird derjenige Raum oder Behälter, in welchem sich die Schmelze des Basismaterials während der Wasserstoff zufuhr (zur Wasserstoff -Anreicherung des Basismaterials) befindet , nachfolgend als "Schmelzbehälter" bezeichnet .

Die Wände des Schmelzbehälters sind zweckmäßigerweise aus Materialien hergestellt, die den bei der Durchführung des Verfahrens auftretenden Temperaturen standhalten und für die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Metallschmelzen geeignet sind, und die im wesentlichen wasserstof fdicht sind. Hierfür geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt .

Die Zufuhr von Wasserstoff zwecks Anreicherung des metallischen Basismaterials mit Wasserstoff (Schritt a) des Verfahrens) kann im Allgemeinen dadurch bewirkt werden, dass Wasserstoff in den Schmelzbehälter eingeleitet wird, so dass die im Schmelzbehälter befindliche Schmelze von Wasserstoff durchströmt wird. Die Wasserstof f zufuhr kann dabei grundsätz lich von allen und in alle Richtungen erfolgen, beispielsweise in vertikaler Richtung (in Lotrichtung) oben nach unten oder von unten nach oben, oder von einer seitlichen Wand oder zwei oder mehreren seitlichen Wänden des Schmelzbehälters ; auch unterschiedliche Kombinationen der vorgenannten Varianten sind möglich.

Die Zufuhr des Wasserstoffs erfolgt im Allgemeinen mittels einer, zweier oder vorzugsweise mehrerer Einströmöffnungen, die in einer Wand des Schmelzbehälters angeordnet sind. Die Einströmöffnung (en) kann/können auch in zwei oder mehreren Wänden des Schmelzbehälters angeordnet sein. Die Einströmöff nungen können über Zuleitungen mit einem Wasserstoff -Vorrats - tank oder einem Hydrolyseur verbunden sein. Ferner können Pumpen, Ventile und andere dem Fachmann bekannte Einrichtungen vorgesehen sein, um den Druck oder/und den Volumenstrom (Durchflussrate) bei der Zufuhr des Wasserstoffs in den Schmelzbehälter steuern oder regeln zu können.

Um eine Durchströmung der Schmelze mit Wasserstoff zu unterstützen oder um die Strömungsrichtung zu beeinflussen, können an zumindest einer Wand des Schmelzbehälters eine, zwei oder vorzugsweise mehrere Austrittsöffnungen für den Wasserstoff vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise sind diese Austrittsöff nungen so angebracht , dass ein unerwünschtes Austreten der Metallschmelze vermieden wird. Weiter wird bevorzugt , dass der über die Austrittsöffnungen entweichende, überschüssige Wasserstoff ( "Restwasserstoff " ) über entsprechende Rohrleitungen gesammelt und rezykliert wird.

Gemäß einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schmelzbehälter (d. h. der Raum, in welchem sich die Schmelze befindet) verwendet, der dicht (d. h. wasserstoff dicht) abschließbar ist . Die H ₂ -Zufuhr (Schritt a) erfolgt bei einer Temperatur, die so hoch ist, dass das Basismaterial sich vollständig im flüssigen Zustand (Schmelze) befindet . Der Wasserstoff wird unter Druck in den Raum (und damit in die Schmelze) eingebracht , während der Schmelzbehälter wasserstoffdicht verschlossen ist . Da die Wasserstoff löslichkeit in der Schmelze mit höherer Temperatur und steigendem Druck zunimmt, kann die Wasserstoff -Anreicherung des Basismaterials (Al -Mg- Legierung, oder Al oder Mg) gesteigert werden, indem die Temperatur der Schmelze oder/und der Druck im Schmelzbehälter erhöht wird. Vorzugsweise wird die Schmelze während der H ₂ -Zufuhr einem Überdruck ausgesetzt . Der Überdruck (bezogen auf den Umgebungsdruck) liegt vorzugsweise bei 100 Pa oder höher, insbesondere 1 kPa oder höher; auch noch höhere Drücke können in Betracht kommen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schmelzbehälter verwendet , der das freie Entweichen (z . B . mittels Austrittsöffnungen wie oben erwähnt) desjenigen Wasserstoff anteils ermöglicht , der nicht in der Schmelze gebunden bleibt . Die H ₂ - Zufuhr (Schritt a) erfolgt bei einer Temperatur, die so hoch ist , dass das Basismaterial sich vollständig im flüssigen Zustand (Schmelze) befindet .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schmelzbehälter verwendet , der mit Einrichtungen (z . B . Rohre, Pumpen, Ventile) ausgestattet ist , die einen geschlossenen Umlauf des Wasserstoffs ermöglichen, so dass derjenige Anteil des Wasserstoffs , der nicht von der Schmelze aufgenommen wird, wahlweise unter Zumischung von frischem H ₂ wieder in Schmelzbehälter zurückgeführt wird. Dadurch wird die Schmelze einer stetigen Wasserstoff zufuhr ausgesetzt (rezyklierter Wasserstoff -Anteil zusammen mit Beimischung von " frischem" Wasserstoff ) . Auch bei dieser Verfahrensvariante erfolgt die H ₂ -Zufuhr (Schritt a) bei einer Temperatur, die so hoch ist, dass das Basismaterial sich vollständig im flüssigen Zustand (Schmelze) befindet .

Bei dem oben in allgemeiner Form beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wie auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen oder Verfahrensvarianten sind u. a. folgende Modifikationen möglich:

- Der Schmelzbehälter kann während der Wasserstoff -Zufuhr in die Schmelze zusätzlich mit einem Schutzgas oder einer Schutzgasmischung befüllt oder durchströmt werden. Als Schutzgase kommen vor allem Inertgase wie Stickstoff oder Edelgase (insbesondere Argon) in Betracht .

- Im Schmelzbehälter kann während der Wasserstoff -Zufuhr in die Schmelze ein Vakuum herrschen (d. h. es wird ein Druck eingestellt , der niedriger ist als der atmosphärische Druck) , oder der Druck im Schmelzbehälter entspricht dem Atmosphärendruck, oder der im Schmelzbehälter herrschende Druck ist höher als der Atmosphärendruck (Überdruck) .

- Als Schmelzbehälter, in welchem sich die Schmelze des Basismaterials befindet und in welchem die Anreicherung des Basismaterials mit Wasserstoff erfolgt, kann ein Schmelz ofen oder Schmelzreaktor verwendet werden.

- Die Erzeugung der Schmelze des Basismaterials und die Temperierung der Schmelze während der Wasserstoff -Anreicherung können auf an sich bekannte Weise durch Wärmeleitung, Konvektion oder Wärmestrahlung erfolgen. - Für den Schmelzprozess (Schmelzen des metallischen Basismaterials) wie auch für die nachfolgende Wasserstoff -Anreicherung wird vorzugsweise ein Plasmaofen (Plasmaschmelz ofen) oder Plasmareaktor verwendet .

- Zum Erzeugen der Schmelze (mittels Schmelzöfen, Plasmareaktoren usw. ) und für das Aufheizen des Basismaterials bei der Wasserstoff zufuhr kann "überschüssige" regenerative Energie (Überschuss -Strom) genutzt werden, ebenso wie für eine vorangehende Gewinnung des Wasserstoffs durch Elektrolyse .

Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nach Anspruch 1 (Schritt b) darin, dass die Schmelze des Basismaterials nach der Anreicherung mit Wasserstoff (Schritt a) einer raschen Abkühlung unterzogen wird, um die Erstarrung der Schmelze zu bewirken.

Unter einer "raschen Abkühlung" wird eine Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 500 K/s (= 500 °C/s) , insbesondere von mindestens 1. 000 K/s verstanden. Vorzugsweise wird die Schmelze einer ultraschnellen Abkühlung unterzogen, wobei die Abkühlgeschwindigkeit mindestens 10 .000 K/s beträgt , bevorzugt mindestens 100.000 K/s .

Durch die rasche Abkühlung, insbesondere durch die ultraschnelle Abkühlung, kann eine höhere Anreicherung des Basis - materials mit Wasserstoff erreicht werden, im Vergleich zu dem Wasserstoffgehalt, der sich ohne die genannten Abkühlung smaßnahmen infolge von Gleichgewichtseinstellung mit der umgebenden Atmosphäre ergeben würde . Durch die rasche, vorzugsweise ultraschnelle Abkühlung lässt sich der durch die Wasserstoff -Anreicherung erzeugte Wasserstof fgehalt des Basismaterials fixieren und ein möglicher Verlust von Wasserstoff an die Umgebung verhindern oder jedenfalls verringern. Insbesondere wird durch die rasche, vorzugsweise ultraschnelle Abkühlung bewirkt, dass zusätzlich auch gasförmiger Wasserstoff in Hohlräume (Blasen, Poren etc . ) der erstarrenden Schmelze eingeschlossen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein Gesamt-Wasserstoffgehalt (in Form von Hydriden, Poren und gelöstem H ₂ ) von 0 , 02 cm ³ /100 g erzielen (bezogen auf Raumtemperatur, d. h. 20 °C) .

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine ultraschnelle Abkühlung der Schmelze bewirkt, indem die in Schritt a) mit Wasserstoff angereicherte Schmelze auf einen rotierenden Körper, vorzugsweise ein Rad, eine Walze oder eine Scheibe, aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufgebracht wird, wobei der rotierende Körper während dieses Vorgangs vorzugsweise gekühlt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der rotierende Körper von außen mit einem Kühlfluid (Kühlflüssigkeit oder Gase) beaufschlagt werden .

Die auf den rotierenden Körper auftreffende Schmelze erstarrt infolge der raschen oder ultraschnellen Abkühlung und die erstarrte Schmelze wird im Allgemeinen in partikulärer Form von dem rotierenden Körper unter Fliehkrafteinwirkung wegschleudert . Als Produkt kann auf diese Weise ein mit Wasserstoff angereichtes Basismaterial in partikulärer Form erhalten werden.

Unter "hoher Wärmeleitfähigkeit" wird insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von 100 W/m-s oder höher, bevorzugt von 200 W/irrs oder höher verstanden. Als Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kommt insbesondere Kupfer in Betracht .

Das Aufbringen der mit Wasserstoff angereicherten Schmelze auf den rotierenden Körper kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Schmelze durch eine, zwei oder mehrere Öffnungen des Schmelzbehälters ausströmt und die ausströmende Schmelze auf den rotierenden Körper auftrifft, beispielsweise über eine Rinne . Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Schmelze über eine, zwei oder mehrere Leitungen aus dem Schmelzbehälter entnommen wird und der Flüssigkeitsstrahl über eine, zwei oder mehrere Düsen, vorzugsweise unter Druck, auf den rotierenden Körper aufgebracht wird.

Um eine effizientere Durchführung des Verfahrens zu ermögli chen, kann es vorteilhaft sein, wenn jedem Schmelzbehälter zwei oder mehrere rotierende Körper zugeordnet sind, welche gleichzeitig betrieben werden.

Um eine möglichst geringe Partikelgröße des erstarrten Materials zu erhalten, wird der rotierende Körper bevorzugt mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten betrieben. Vorzugsweise wird die Rotationsgeschwindigkeit so eingestellt, dass damit erreichte Bahngeschwindigkeit größer als 10 m/s ist, vorzugsweise größer als 20 m/s .

Der erwähnte rotierende Körper hat üblicherweise die Form eines Rades , einer Walze oder einer Trommel , jeweils mit kreisförmigem Querschnitt , wobei die Rotation um die jeweilige Achse erfolgt . Der Außendurchmesser dieser Körper kann beispielsweise 0 , 5 bis 2 m betragen, die Länge (in axialer Rich- tung) kann beispielsweise 0 , 1 m bis 5 m betragen. Zwecks Ge- wichtsreduzierung und um eine Kühlung von innen zu ermöglichen, sind die verwendeten rotierenden Körper vorzugsweise innen hohl (z . B . Trommel) oder mit Hohlräumen ausgestattet .

Die Abkühlgeschwindigkeit kann alternativ oder zusätzlich dadurch gesteigert werden, indem der rotierende Körper gekühlt wird (von innen oder auf der Oberfläche, beispielsweise mit Wasser) , oder/und indem die aus dem Schmelzbehälter kommende Schmelze vor und während des Auftreffens auf den rotierenden Körper gekühlt wird, vorzugsweise mittels eines Kühl - fluids (z . B . gekühltes Inertgas) . Hierzu ist es von Vorteil , wenn die Umfeldtemperatur in der Umgebung des rotierenden Körpers möglichst niedrig gehalten wird, beispielsweise durch Umströmung des rotierenden Körpers mit einem Kühlfluid (z . B . Inertgas, Luft , Wasser) .

Gemäß einer weiteren Methode wird die erwähnte rasche, insbesondere ultraschnelle Abkühlung der Schmelze durch Verwendung eines Kühlfluids bewirkt . Als Kühlfluide können Gase oder Gasgemische (z . B . Inertgase oder Luft) oder Flüssigkeiten (z . B . Wasser, Flüssiggase) verwendet werden. Beispielsweise kann die mit Wasserstoff angereicherte Schmelze in ein Kühl - fluid gesprüht oder mittels einer Düse in das Kühlfluid eingedüst werden, wobei die dabei erzeugen Schmelztröpfchen zu Schmelzpartikeln erstarren.

Die in Anspruch 1 (Schritt b) erwähnte Abkühlung der Schmelze kann in gewöhnlicher Luf tatmosphäre durchgeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form wird dieser Verfahrensschritt jedoch in einer Atmosphäre durchgeführt, welche eine Stabilisierung der Al-Mg-Hydride (bzw. Al -Hydride, Mg- Hydride) bewirkt , insbesondere durch Ausbildung einer Alumi - niumoxidschicht oder Aluminiumhydroxidschicht auf der Oberfläche des erstarrten, wasserstof fhaltigen Basismaterials . Auf analoge Weise können auch entsprechende Magnesiumoxid- und Magnesiumhydroxidschichten als stabilisierende Oberflächenschichten ausgebildet werden.

Allgemein wird eine Stabilisierung des wasserstoffhaltigen Materials bewirkt, indem das Material während des Abkühlvorgangs mit einem oder mehreren Medien in Kontakt gebracht wird, das bzw. die zur Bildung von Protektionsschichten (z . B . Al-Mg-Oxide oder Al -Mg- Hydroxide) geeignet ist/sind. Als Medien, welche zur Bildung von Protektionsschichten geeignet sind, kommen insbesondere beispielsweise Luft, Wasser, Toluol (= Toluen) , Benzol (= Benzen) , Diphenylacetylen (=Diphenyl- ethin) oder Nitrocellulose in Betracht . Auch Kombinationen von zwei oder mehrerer solcher Medien können verwendet werden, z . B . feuchte Luft (Luft-Wasser-Gemisch) .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im Batch-Betrieb (diskontinuierlich) als auch kontinuierlich durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren - wie in den Patentansprüchen angegeben und wie oben beschrieben - liefert ein wasserstoff haltiges Material , welches Wasserstoff in Form metallischer Hydride, insbesondere in Form von Al -Hydriden, Mg-Hydriden und Al -Mg-Hydriden enthält .

Das Verfahren dient somit nicht nur der Speicherung von Wasserstoff in dem genannten metallischen Basismaterial , sondern kann auch allgemein zur Herstellung von Al -Hydriden, Mg- Hydriden und Al -Mg -Hydriden verwendet werden.

Die Erfindung erstreckt sich somit auch auf ein Wasserstoff - haltiges Material , welches erhalten bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird oder welches durch ein solches Verfahren erhältlich ist , wobei das Wasserstoff - haltige Material Wasserstoff in Form von Al-Hydriden, Mg- Hydriden und Al -Mg- Hydri den enthält .

Die erwähnten Hydride könnten stöchiometrisch oder nichtstöchiometrisch zusammengesetzt sein. Die Hydride umfassen ternäre Hydride mit der Formel Al _x MgyH _z sowie binäre Hydride mit der Formel A1 _X H _Z oder MgyH _z , wobei die Indizes ganze Zahlen, rationale Zahlen (insbesondere Bruchzahlen) oder auch reelle oder komplexe Zahlen sein können. Welche Arten von Metallhydriden bei dem Verfahren gebildet werden, hängt von der Zusammensetzung des Basismaterials ab . Bei der Verwendung einer Al -Mg- Legierung als Basismaterial werden im Al _x MgyH _z , A1 _X H _Z und Mg _y H _z gebildet, bei Verwendung von Al oder Mg als Basis - material die entsprechenden binären Hydride (A1 _X H _Z bzw.

Mg _y H _z ) .

Bedingt durch das erfindungsgemäße Verfahren enthält das so hergestellte wasserstoffhaltige Material Wasserstoff nicht nur in chemisch gebundener Form (als Hydride) , sondern auch als gasförmigen Wasserstoff , der durch die erwähnte rasche oder ultraschnelle Abkühlung der Schmelze im erstarrten Basismaterial eingeschlossen bleibt , insbesondere in Form von Hohlräumen (wie z . B . Blasen oder Poren) , die in dem Material eingebettet sind. Darüber hinaus enthält das Wasserstoff haltige Material , bedingt durch die erwähnte rasche oder ultraschnelle Abkühlung der mit Wasserstoff angereicherten Schmelze, auch einen Anteil an gelöstem Wasserstoff , der im Basismaterial gelöst ist . Die Angabe "wasserstof fhaltig" bezieht sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung somit nicht zur auf chemisch gebundenen Wasserstoff in Form der erwähnten Metallhydride, sondern beinhaltet auch den Fall , dass Wasserstoff als gasförmiger Wasserstoff und/oder in gelöster Form im wasserstof fhaltigen Material enthalten ist .

Aufgrund der Speicherung von Wasserstoff in mindestens drei unterschiedlichen Formen (als Hydride; gasförmig; im Metall gelöst) eignet sich das erfindungsgemäße wasserstoffhaltige Material in vorteilhafter Weise für vielfältige Anwendungsbereiche .

Die Erfindung erstreckt sich deshalb ferner auf die Verwendung eines wasserstof fhaltigen Materials , welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird oder erhältlich ist, zur Bereitstellung von Wasserstoff durch Freisetzung von Wasserstoff (z . B . durch Wärmeeinwirkung) aus dem wasserstof fhaltigen Material . Dies kann entweder in stationären Anlagen oder in mobilen Anlagen (z . B . Fahrzeugen) erfolgen, insbesondere in Kombination mit Brennstoffzellen.

Die Freisetzung von Wasserstoff aus dem wasserstoffhaltigen Materials kann insbesondere durch Temperature inwirkung ( 100 °C oder höher) , oder unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes oder durch Einwirkung bestimmter Medien, welche zur Freisetzung von Wasserstoff aus Metallhydriden geeignet sind, bewirkt werden. Die vorgenannten Methoden zur Freisetzung des Wasserstoffs können auch in beliebigen Kombinationen angewendet werden.

Die Freisetzung von Wasserstoff lässt sich im Falle von A1H ₃ durch die generische Formel A1H ₃ -♦ Al + 1 , 5 H ₂ beschreiben. Als ein Beispiel für Medien, welche zur Freisetzung von Wasserstoff aus Metallhydriden geeignet sind, ist insbesondere H ₂ O ZU nennen. Die Freisetzung von H ₂ lässt sich in diesem Fall durch folgende Reaktionsgleichung beschreiben: A1H ₃ + 3 H ₂ O -» Al (OH) ₃ + 3 H ₂ .

Das metallische Basismaterial kann nach der Freisetzung des Wasserstoffs vorzugweise erneut in einem Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff - wie oben beschrieben - verwendet werden.

Das Wasserstoff haltige Material , insbesondere die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Metallhydride, ist für vielfältige Anwendungs zwecke einsetzbar, beispielsweise für Batterien oder Akkumulatoren (Lithium- frei) , für Brennstoffzellen (mit Al -Mg- Hydriden) , sowie als Treibstoff , Kraftstoff oder Brennstoff (z . B . für Raketen, Torpedos , Heizgeräte, Heizanlagen) .

Beschreibung der Zeichnungen

Einige Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Zeichnungen Fig . 1 und Fig . 2 näher erläutert . Hierbei handelt es sich lediglich um beispielhafte Aus führungs formen. Fig . 1 veranschaulicht in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung eine mögliche Methode zur direkten Wasser stof fanreicherung des Basismaterials (entsprechend Schritt (a) des Verfahrens gemäß Anspruch 1) .

Die Pfeile (a) deuten die Wasserstoff zufuhr durch Zufuhröff nungen (nicht dargestellt) in der Wand (2 ) eines Schmelzbehälters ( 1) an. Die Wasserstoff zufuhr kann, wie dargestellt , von unten, von der Seite, und/oder von oben erfolgen.

Der zugeführte Wasserstoff durchströmt die im Innern des Schmelzbehälters (1) vorhandene Schmelze (4 ) des Basismateri als, welches dadurch mit Wasserstoff angereichert wird. Der überschüssige Wasserstoff , welcher nicht im Basismaterial verbleibt , kann über mehrere Öffnungen (3 ) nach oben aus dem Schmelzbehälter ( 1) entweichen, wie durch die Pfeile (b) angegeben.

Fig . 2 veranschaulicht in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung eine mögliche (und bevorzugte) Methode, um eine ultraschnelle Abkühlung der Schmelze zwecks Erstarren der Schmelze zu bewirken (entsprechend Schritt (b) des Verfahrens gemäß Anspruch 1) .

Hierbei wird die aus einem (in Fig . 2 nicht dargestellten) Schmelzbehälter kommende, mit Wasserstoff angereicherte Schmelze (7 ) mittels einer Düse ( 6) oder einer anderen Auf tragvorrichtung auf ein schnell rotierendes Rad oder eine Trommel (5) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (hier : Kupfer) in einem kontinuierlichen Strahl aufgebracht . Die Drehrichtung des Rades oder der Trommel (5) ist aus den Pfeilen (c) ersichtlich. Sobald die Schmelze (7 ) auf die Oberfläche (Mantelfläche) des rotierenden Rades oder der Trommel (5) auftrifft (etwa an der mit Pfeil ( 8) bezeichneten Stelle) , kommt es zu einer ultraschnellen Erstarrung der Schmelze, und das erstarrte Wasserstoff haltige Material (9) wird vom rotierenden Rad oder von der Trommel (5) durch die Zentrifugalkraft weggeschleudert .

Das erstarrte wasserstoffhaltige Material kann sodann in geeigneten Behältnissen aufgesammelt und gegebenenfalls der Lagerung oder einer weiteren Behandlung zugeführt werden.

Liste der Bezugszeichen

1) Schmelzbehälter

2 ) Wand des Schmelzbehälters

3 ) Öffnungen (in der Wand des Schmelzbehälters)

4 ) Schmelze im Schmelzbehälter

5) Rotierendes Rad oder rotierende Trommel

6) Düse

7 ) Schmelze (aus der Düse kommend)

8) Stelle des Rades (5) oder der Trommel (5) , an welcher die Schmelze auftrifft

9) Erstarrte Schmelze (H ₂ -haltiges metallisches Material) a) Wasserstoff zufuhr in den Schmelzbehälter b) aus dem Schmelzbehälter entweichender Wasserstoff c) Drehrichtung des Rades (5) oder der Trommel (5) .