Saubere Energie 04.03.2025, 15:30 Uhr

Palladium statt Platin: Günstiger Wasserstoff-Katalysator entdeckt

Palladium-Nanoblätter könnten Platin in der Wasserstoffproduktion ersetzen und die Kosten senken. Eine vielversprechende Innovation für saubere Energie.

Wasserstoff

Ein japanisches Forschungsteam hat eine kostengünstige Methode zur Herstellung von grünem Wasserstoff entwickelt.

Foto: PantherMedia / Banchaphoto

Wasserstoff gilt als zentrale Energiequelle für eine klimafreundliche Zukunft. Besonders grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird, verspricht eine emissionsfreie Alternative zu fossilen Brennstoffen. Doch bisher sind die Produktionskosten hoch, insbesondere durch den Einsatz teurer Katalysatoren auf Platinbasis. Ein Forschungsteam der Tokyo University of Science (TUS) hat nun eine vielversprechende Alternative entwickelt: Palladium-Nanoblätter, die bei der Wasserstoffproduktion eine vergleichbare Effizienz wie Platin erreichen, jedoch deutlich günstiger sind.

Ein neuer Katalysator für Wasserstoff

Forschende um Dr. Hiroaki Maeda und Professor Hiroshi Nishihara haben mit Bis(diimino)palladium-Koordinations-Nanoblättern (PdDI) eine neuartige Katalysator-Technologie entwickelt. Die Studie wurde am 28. November 2024 veröffentlicht und am 27. Januar 2025 in Chemistry – A European Journal publiziert. Die Fachzeitschrift wählte sie sogar als „Cover Feature“ aus, was die Relevanz der Entdeckung unterstreicht.

Traditionell werden Elektroden in der Wasserstoffentwicklung aus Platin gefertigt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der elektrochemischen Reaktion, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Platin ist jedoch selten und teuer, was die großflächige Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle erschwert. Hier setzt die Innovation der TUS-Forschenden an: Ihre PdDI-Nanoblätter bieten eine vergleichbare katalytische Effizienz, benötigen aber deutlich weniger Edelmetall.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Clees Wohnimmobilien GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Clees Wohnimmobilien GmbH & Co. KG
Düsseldorf Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Head of Sales and Project Management (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
ERGO Group AG-Firmenlogo
Technischer Objektmanager (m/w/d) ERGO Group AG
Schmoll Maschinen GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur / Maschinenbauingenieur (m/w/d) im Bereich Digitale LED-Anlagen Schmoll Maschinen GmbH
Rödermark Zum Job 
Schmoll Maschinen GmbH-Firmenlogo
Support-Techniker/-Ingenieur (m/w/d) LED-Lithographieanlagen Schmoll Maschinen GmbH
Rödermark Zum Job 
Crawford & Company (Deutschland) GmbH-Firmenlogo
Technical Expert / Sachverständiger (w/m/d) Bereich Global Technical Services Crawford & Company (Deutschland) GmbH
verschiedene Einsatzorte Zum Job 
KLEBL GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) für Hoch- und Schlüsselfertigbau KLEBL GmbH
Raum Berlin-Brandenburg Zum Job 
KLEBL GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) für Hoch- und Schlüsselfertigbau KLEBL GmbH
Frankfurt Zum Job 
KLEBL GmbH-Firmenlogo
Kalkulator (m/w/d) im Bereich Hochbau- und Schlüsselfertigbau KLEBL GmbH
Berlin-Brandenburg Zum Job 
KLEBL GmbH-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) im Hausbau KLEBL GmbH
Neumarkt Zum Job 
Titan Umreifungstechnik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Einkäufer (m/w/d/) Titan Umreifungstechnik GmbH & Co. KG
Schwelm Zum Job 
Excelitas Deutschland GmbH-Firmenlogo
Qualitätsingenieur (w/m/d) Produktentwicklung Excelitas Deutschland GmbH
Feldkirchen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung Umweltplanung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur mit Projektverantwortung (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Heraeus Site Operations GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) für Bauprojekte Heraeus Site Operations GmbH & Co. KG
SWR Südwestrundfunk Anstalt des öffentlichen Rechts-Firmenlogo
Experte / Expertin Bauwesen (w/m/d) in der Abteilung Gebäudemanagement / Verwaltung Mainz SWR Südwestrundfunk Anstalt des öffentlichen Rechts
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Redakteur (m/w/d) für Maschinenbau Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Herzebrock-Clarholz Zum Job 
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
Bauingenieur / Projektingenieur Ingenieurbau (w/m/d) Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Staatliches Gewerbeaufsichtsamt Braunschweig-Firmenlogo
Ingenieur/-in / Naturwissenschaftler/-in (m/w/d) für den Einsatz im Bereich Medizintechnik/-Produkte Staatliches Gewerbeaufsichtsamt Braunschweig
Braunschweig Zum Job 
Aerologic GmbH-Firmenlogo
Engineer Aircraft Reliability & Maintenance Program (m/f/x) Aerologic GmbH
Schkeuditz Zum Job 

Effiziente Synthese und hohe Leistung

Die Herstellung der Palladium-Nanoblätter erfolgt über zwei Verfahren: die Gas-Flüssigkeits-Grenzflächensynthese und die elektrochemische Oxidation. Insbesondere die elektrochemisch aktivierten E-PdDI-Nanoblätter zeigten eine hohe Leistung. Ihr Überpotential lag mit 34 Millivolt (mV) nahezu auf dem Niveau von Platin (35 mV), sodass kaum zusätzliche Energie zur Wasserstoffproduktion erforderlich ist. Auch die Austauschstromdichte von 2,1 Milliampere pro Quadratzentimeter (mA/cm²) entspricht der von Platin-basierten Katalysatoren.

Dr. Maeda erklärt: „Die Entwicklung effizienter Katalysatoren ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen Wasserstoffproduktion. Bis(diimino)metall-Koordinations-Nanoblätter zeichnen sich durch hohe Leitfähigkeit, eine große Oberfläche und eine effiziente Elektronenübertragung aus. Zudem reduziert ihre spezielle Anordnung den Materialverbrauch.“

Langzeitstabilität für industrielle Anwendungen

Ein entscheidender Faktor für den Einsatz in der Industrie ist die Langlebigkeit der Katalysatoren. In Langzeittests blieben die PdDI-Nanoblätter nach 12 Stunden unter sauren Bedingungen stabil, was ihre Eignung für großtechnische Anwendungen bestätigt. Die robuste Struktur und die hohe Effizienz könnten die Wasserstoffproduktion langfristig kostengünstiger und nachhaltiger machen.

Zusätzlich tragen Palladium-Nanoblätter zur Reduktion von Bergbau-Emissionen bei. Da die Dichte von Palladiumatomen zehnmal geringer als die von Platinatomen ist, wird weniger Metall benötigt. Dies könnte die Abhängigkeit von Platin verringern und die Umweltbelastung durch den Abbau wertvoller Rohstoffe reduzieren.

Potenzielle Auswirkungen und Zukunftsaussichten

Die Forschungsarbeit entspricht mehreren Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen (SDGs). Insbesondere SDG 7 (bezahlbare und saubere Energie) und SDG 9 (Industrie, Innovation und Infrastruktur) könnten von der neuen Katalysator-Technologie profitieren. Die Skalierbarkeit der PdDI-Nanoblätter macht sie zu einer vielversprechenden Lösung für die industrielle Wasserstoffproduktion und den Einsatz in Brennstoffzellen.

Dr. Maeda betont: „Unsere Forschung bringt uns einen Schritt näher an das Ziel, Wasserstoff günstiger und nachhaltiger zu produzieren.“ Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TUS arbeiten bereits daran, die Nanoblätter weiter zu optimieren und für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. Sollte die Technologie im großen Maßstab umgesetzt werden, könnte sie einen erheblichen Beitrag zur Energiewende leisten.

Hier geht es zur Originalpublikation

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.