Billiger Wasserstoff dank neuem Katalysator
Wasserstoff lässt sich bisher nur aus Erdgas wirtschaftlich herstellen, doch jetzt stehen die Chancen gut, dass sich das leichteste aller Elemente umweltverträglich und gleichzeitig wirtschaftlich durch Wasserspaltung mit grünem Strom gewinnen lässt. Forschende am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Katalysator entwickelt, der aus billigen Allerwelts-Werkstoffen besteht. Bisher sind teure Edelmetalle nötig, damit die Wasserspaltung in zumutbarer Zeit nennenswerte Erträge bringt.
27.04.2022
Bruder des metallorganischen Gerüsts
Der Katalysator ist ein sogenannter Metalo Hydrogen-Bonded Organic Framework (MHOF), ein Metallhydroxid-organisches Gerüst. Es ähnelt dem MOF, dem metallorganischen Gerüst, das aus Metallatomen besteht, die durch organische, also kohlenstoffhaltige Moleküle zusammengehalten werden. Die organischen Moleküle bilden gewissermaßen den Klebstoff. Beim MHOF sind es nicht Metallatome, die zum Gerüst zusammengesetzt werden, sondern Verbindungen aus Metallen und Wasserstoff.
„Ohne Hilfe verläuft die Wasserspaltung träge. Dann muss man zusätzliche Energie aufbringen, um den Prozess zu beschleunigen“, verdeutlicht MIT-Materialwissenschaftlerin Yang Shao-Horn. Aufgrund dessen sei der Gesamtwirkungsgrad niedrig. „Deshalb verwendeten Menschen Katalysatoren“, sagt sie, da diese Materialien auf natürliche Weise Reaktionen fördern, indem sie den Energieeintrag senken.
Metallhydroxide allein brachten es nicht
Experimente mit billigen Metallhydroxiden brachten nicht den erhofften Durchbruch. Das gelang durch die Kombination mit organischen Molekülen, und einer Nanostrukturierung. Mehr noch: Die so aufgebauten Katalysatoren lassen sich zielgenau an ihre Aufgabe anpassen. Die Effektivität sei „überragend“, so Shao-Horn. Da die neuartigen Katalysatoren größtenteils aus Nickel und Eisen bestehen, sollen sie mindestens 100 Mal billiger sein als heute eingesetzte Reaktionsbeschleuniger. Eine genaue Analyse der Herstellungskosten stehe allerdings noch aus.
Bisher haben die Wissenschaftler die Katalysatoren lediglich im Labor getestet. Jetzt geht es darum, sie für größere Elektrolyseure einsatzfähig zu machen, die Wasserstoff in kommerziell relevantem Maßstab produzieren. Das könne allerdings noch ein paar Jahre dauern, verdeutlicht Shao-Horn.
