Wasserstoff hat als Energieträger großes Potenzial – vorausgesetzt, er wird mit erneuerbarer Energie erzeugt. Forscher aus Jena versuchen nun sogar, mit einer neuen Methode grünen Wasserstoff ohne Strom herzustellen.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft – jedoch nur, wenn er klimafreundlich hergestellt wird. Bisher wird dieser sogenannte grüne Wasserstoff häufig per Elektrolyse mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien produziert.
Allerdings sind die benötigten Strommengen hoch und das Verfahren damit teuer. Außerdem ist die Herstellung nicht immer nachhaltig. Forscher des Zentrums für Energie- und Umweltchemie (CEEC) in Jena wollen die Produktion deshalb mit einer neuen Methode effizienter gestalten.
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Wasserstoff ohne Strom: Forscher aus Jena entwickeln neue Methode
Das elfköpfige Forscherteam um den promovierten Chemiker Jacob Schneidewind versucht im Rahmen des Projekts „Zwei-Photonen-Wasserspaltung für die Realisierung gekoppelter Photokatalyse“, Wasserstoff komplett ohne Strom herzustellen. Ähnlich wie die Photosynthese bei Pflanzen ist die Photokatalyse ein Verfahren, bei dem Lichtenergie chemische Reaktionen antreibt.
Zunächst trifft Sonnenlicht auf einen Katalysator. Dazu geben die Forscher ein spezielles Pulver aus aluminiumdotiertem Strontiumtitanat in Wasser. Dieses Material absorbiert Licht ähnlich wie Solarzellen – im Labor simuliert durch UV-Licht.
Die gewonnene Lichtenergie löst im Katalysator eine elektrochemische Reaktion aus. Dabei werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Nach wenigen Minuten bilden sich Gasbläschen, die gesammelt und getrennt werden. Der Wasserstoff kann anschließend direkt als Energieträger genutzt werden.
Bisher konnten die Forscher einen Wirkungsgrad von drei bis vier Prozent erreichen. Zum Vergleich: Moderne Solarzellen schaffen unter optimalen Bedingungen etwa 24 Prozent. Das Team arbeitet deshalb daran, die Effizienz zu steigern und neue, günstigere Katalysatoren zu entwickeln. Besonders vielversprechend sind dabei metallfreie Farbstoffe.
Prototyp mit höherer Effizienz in Planung
Ein weiteres Problem: Möglicherweise reicht das Sonnenlicht in Deutschland nicht aus, um einen sinnvollen Wirkungsgrad zu erreichen. Gemeinsam mit der TU Hamburg wollen die Forscher herausfinden, was die sinnvollsten Einsatzorte für die Photokatalyse sind. Im Gespräch sind derzeit Südspanien, Griechenland und Nordafrika.
In den kommenden fünf Jahren wollen Schneidewind und sein Team einen Wirkungsgrad von sechs Prozent erreichen. Bis dahin wird ihre Arbeit vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,8 Millionen Euro gefördert.
Aktuell findet die Photokatalyse noch im Reagenzglas statt. Die Wissenschaftler wollen jedoch einen neuen Prototypen entwickeln: einen Plastikbeutel, gefüllt mit der Wasser-Katalysator-Mischung, den man in die Sonne legen kann – aber nur, wenn das Objekt nachhaltig hergestellt werden kann.
Grundsätzlich wird es wohl noch einige Zeit dauern, bis die Methode im großen Stil einsatzbereit ist. „Die Pflanzen haben bei der Photosynthese einen Vorsprung von etwa drei Milliarden Jahren“, heißt es vom CEEC. So lange sei es her, dass einfache Einzeller begannen, mit dieser eleganten Art ihre Energieprobleme zu lösen. „Die Feinheiten dieses Prozesses müssen nun weiter entschlüsselt werden, um eine effiziente Energiequelle zu kreieren.“
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