Neue Technologien verbessern Wasserstoffproduktion

Von Katharina Moser, Frankfurt

Während international die Bereitschaft, in die Wasserstoffproduktion als neue nachhaltige Energiequelle zu investieren, steigt, macht auch die Wissenschaft in der Weiterentwicklung wichtiger Technologien Fortschritte. Ein südkoreanisches Forscherteam hat nun eine neue Plattformtechnik entwickelt, durch die Wasserstoff deutlich effizienter hergestellt werden kann als mit herkömmlichen Wasserstoffproduktionsplatten. Wie das Wissenschaftsportal Chemie.de berichtete, forschte das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Hyeon Taeghwan am Center for Nanoparticle Research des Institute for Basic Science (IBS) in Seoul an einer schwimmfähigen photokatalytischen Matrix, die eine effiziente Wasserstoffentwicklungsreaktion ermöglicht. Photokatalyse bezeichnet den Prozess, durch den Wasserstoffenergie gewonnen wird. Die Studie der Wissenschaftler wurde in dem Magazin Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Nach Angaben von Chemie.de haben bisherige Plattformsysteme, Folien oder Platten, bei denen Katalysatorpulver auf Oberflächen fixiert und unter Wasser getaucht wird, praktische Probleme wie Rückreaktionen, schlechter Stoffaustausch und hohe Kosten. Die neue Technologie aus Südkorea besteht hingegen aus einer Doppelschichtstruktur, die aus einer oberen photokatalytischen Schicht und einer unteren Trägerschicht besteht. Die Plattform muss zur Reaktion somit nicht unter Wasser getaucht werden, sondern schwimmt auf der Wasseroberfläche. Wie Chemie.de schreibt, wird die Plattform in Form eines Kryo-Aerogels hergestellt, einer festen Substanz, die mit Gas gefüllt ist und eine geringe Dichte aufweist. Infolgedessen kann dieses mit Photokatalysatoren versehene Elastomer-Hydrogel auf Wasser schwimmen. Die Plattform kann mehr als zwei Wochen lang in rauen Meerwasserumgebungen, die verschiedene Mikroorganismen und Schwebstoffe enthalten, mit minimalen Leistungseinbußen betrieben werden.

Nach Angaben der Forscher hat die neue Technologie deutliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen: Die Lichtabschwächung durch Wasser wird verhindert, was zu einer effizienten Umwandlung der Sonnenenergie führt. Das Produkt, Wasserstoffgas, kann leicht in die Luft diffundieren, wodurch umgekehrte Oxidationsreaktionen vermieden werden und eine hohe Reaktionsausbeute erhalten bleibt. Drittens kann das Wasser aufgrund der Porosität der Elastomer-Hydrogel-Matrix leicht zu den Katalysatoren geleitet werden. Die Experimente der Forscher zeigen, dass die Wasserstoffausbeute gegenüber herkömmlichen Plattformen tatsächlich erhöht ist: Mit der schwimmfähigen photokatalytischen Plattform könne unter Verwendung von Kupfereinzelatom- und Titandioxid-Katalysatoren mit einer Fläche von 1 m2 etwa 80 ml Wasserstoff erzeugt werden.

„Die vorgeschlagene Plattform kann sogar Wasserstoff aus Lösungen erzeugen, die Haushaltsabfälle wie Flaschen aus Polyethylenterephthalat auflösen. Folglich kann die Plattform eine Lösung für das Recycling von Abfällen sein, was zu einer umweltfreundlichen Gesellschaft beiträgt", so der beteiligte Forscher Prof. Kim Dae-hyeong. Die Technologie kann demnach auch für photokatalytische Reaktionen zur Herstellung anderer Stoffe wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid oder Sauerstoff angewandt werden.

„Diese Studie stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet der Photokatalyse dar und zeigt das Potenzial einer umweltfreundlichen Wasserstoffproduktion auf See mit einer Leistung von Weltklasse. Die besonderen Materialeigenschaften, die hohe Leistung und die breite Anwendbarkeit unserer Plattform auf dem Gebiet der Photokatalyse werden zweifellos ein neues Kapitel in der alternativen Energie aufschlagen", sagte Prof. Hyeon. Die neue Technik könnte die Wasserstoffherstellung somit kommerziell tragbar machen. Diese Entwicklungen in der Welt der Forschung werden sicherlich auch für Namibia interessant sein, um sich als eines der weltweit führenden Hotspots der Produktion grünen Wasserstoffs zu etablieren.