Wasser soll Erdöl ersetzen. Was utopisch klingt lässt sich durchaus machen. In einem Elektrolyseur spaltet elektrischer Strom Wasser in Sauer- und Wasserstoff auf. Solar- oder Windstrom sorgen für einen makellos grünen Prozess, der nur einen Nachteil hat: Es geht zu viel Energie verloren. Deshalb wollen es Forscher in aller Welt der Natur gleichtun und Wasserstoff direkt erzeugen, in einer einzigen kompakten Zelle. Zahlreiche Gruppen haben demonstriert, dass das möglich ist, allerdings nur mit teuren Katalysatoren aus Edelmetallen wie Platin. Eine wirtschaftliche Produktion von Wasserstoff ließ sich so nicht erreichen.
Superflacher Katalysator
Mit einem modifizierten und speziell geformten Katalysator aus Kohlenstoffnitrid könnte es klappen. Er ist ähnlich aufgebaut wie Graphen, das aus einer einzigen Atomlage Kohlenstoff besteht, also noch nicht einmal einen Millionstel Millimeter dick ist. Genauso flach kommt der neue Katalysator daher. Die Professoren Arne Thomas und Reinhard Schomäcker von der Technischen Universität Berlin haben jetzt eine ein Quadratmeter große Fotozelle vorgestellt, in der mit Hilfe des neuen Katalysators Sonnenlicht Wasserstoff direkt erzeugt. Der Demonstrator ist das Ergebnis der Forschungsarbeiten von Wissenschaftlern unterschiedlicher Disziplinen in Berlin, Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern.
0,3 Liter Wasserstoff pro Stunde
Die Zelle produziert pro Stunde 0,3 Liter Wasserstoff. „Mich freut am meisten, dass es uns gelungen ist, das Ergebnis genau vorherzusagen. Unsere Laboruntersuchungen hatten gezeigt, dass wir am Tag je nach Sonnenkraft pro Stunde bis zu 300 Milliliter Wasserstoff gewinnen würden. Genau das hat unser Fotoreaktor gemacht“, so Schomäcker. Der Wirkungsgrad lässt allerdings zu wünschen übrig. Der Demonstrator wandelt gerade mal fünf Prozent der solaren Energie in Wasserstoff um. US-Forscher haben schon zwölf Prozent geschafft, allerdings nur mit – unwirtschaftlichen – Edelmetall-Katalysatoren. Die Partner des Projekts „Light2Hydrogen“, das das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit zehn Millionen Euro gefördert hat und jetzt zu Ende gegangen ist, glauben, dass sich der Wirkungsgrad durch Verbesserungen am Katalysator noch massiv steigern lässt.
Die Lichtteilchen, die in den Fotoreaktor strömen, geben ihre Energie an einen Halbleiter ab. Dabei entstehen Elektronen und Protonen. Wenn es gelingt, diese auf unterschiedliche Wege zu leiten, sodass sie sich nicht gleich wieder zusammentun, also rekombinieren, können sie die für sie geplante Arbeit verrichten: Wasser aufzuspalten. Innerhalb von einem Monat haben die Berliner auf diese Art mehr als 15 Liter Wasserstoff produziert. Damit käme ein Brennstoffzellenauto allerdings kaum weiter als zehn Kilometer.
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