Wasser + Sonne = Wasserstoff. Wäre die Gleichung für die Erzeugung des erneuerbaren Energieträgers so einfach, hätte sich die Wasserstoffwirtschaft wahrscheinlich schon lange durchgesetzt.
Doch in der Praxis scheiterte die direkte Produktion von Wasserstoff aus Sonnenlicht, die sogenannte Photokatalyse, bislang an einem teuren Hindernis: Sie erforderte das teure Edelmetall Platin als Katalysator. Schwedische Forscher haben jetzt einen Weg gefunden, darauf zu verzichten.
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Platin: Teuer, selten, heikel
Die Photokatalyse ist eine Art Königsweg der grünen Wasserstoffproduktion: Sie benötigt keine großen Grünstromparks, keine neuen Stromnetze und keine kostspieligen Elektrolyseure. In der Theorie reichen ihr Licht, Wasser und ein Katalysator, der die Reaktion in Gang setzt. Doch genau dieser Katalysator war bisher das Problem.
Bei den meisten Varianten der Photokatalyse spielt Platin die Hauptrolle: Das Edelmetall beschleunigt die durch das Sonnenlicht angeregte Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Doch dummerweise ist das Edelmetall nicht nur teuer, sondern auch geopolitisch heikel: Seine größten Vorkommen liegen in Südafrika und Russland. In Zeiten geoökonomischer Verwerfungen und einem zunehmenden Streben nach Ressourcensouveränität könnte die Ausgangslage besser sein.
Ein Team um Professor Ergang Wang von der schwedischen Chalmers University of Technology hat daher an einer Alternative geforscht. Ihr Ergebnis: winzige Partikel aus leitfähigem Kunststoff. Diese sogenannten konjugierten Polymere schwimmen in Wasser und wandeln Sonnenlicht direkt in Wasserstoff um – und das zu einem Bruchteil der Kosten von Platin.
1 g Material, 30 l Wasserstoff
Mit nur einem Gramm des Polymer-Materials lassen sich nach Angaben der Forschenden 30 l Wasserstoff pro Stunde erzeugen. Im Labor lässt sich der Prozess sogar mit bloßem Auge beobachten: kleine Gasblasen steigen auf, sobald simuliertes Sonnenlicht auf das Wasser trifft.
Der Trick liegt in der Molekülstruktur. Leitfähige Kunststoffe vertragen sich normalerweise schlecht mit Wasser. Die Forscher haben die Polymere so angepasst, dass sie deutlich besser mit Wasser interagieren. Das Resultat ist eine effizientere Reaktion bei niedrigeren Kosten. Dass bestimmte Kunststoffe überhaupt Strom leiten können, wurde erst in den 1970er-Jahren entdeckt und 2000 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet.
„Effiziente Photokatalysatoren ohne Platin zu entwickeln, war ein langjähriger Traum in diesem Forschungsfeld“, so Co-Autor Alexandre Holmes in der Pressemitteilung vom 7. Januar. Die Leistung des neuen Systems könne sogar platinbasierte Verfahren übertreffen. Zudem lassen sich die leitfähigen Kunststoffe laut Chalmers inzwischen auch ohne schädliche Chemikalien und deutlich kostengünstiger herstellen.
Die Technik kommt langsam aus dem Labor
Dass die direkte solare Wasserstoffproduktion langsam aus dem Labor kommt, zeigt zum Beispiel das US-Start-up SunHydrogen. Im August 2025 demonstrierte es ein Modul mit knapp 2 m² Größe, das netzunabhängig Wasserstoff erzeugen kann.
Die Kalifornier nutzen allerdings einen anderen Ansatz für ihre Photokatalyse: PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)-Nanopartikel. Die mehrschichtigen Strukturen arbeiten ähnlich wie Pflanzenzellen bei der Photosynthese. Als Nächstes plant das Start-up ein Pilot-Panel mit über 30 m² Fläche in Texas.
Auch in Deutschland forscht man an alternativen Verfahren zur direkten solaren Wasserspaltung. Im Fraunhofer-Projekt Neo-PEC entwickelten drei Institute bis 2024 sogenannte Tandem-PEC-Module. Anders als Chalmers und SunHydrogen, die auf Nanopartikel in Flüssigkeit setzen, nutzt der Fraunhofer-Ansatz feste Module: Beidseitig mit Halbleitern beschichtetes Glas absorbiert kurz- und langwelliges Licht getrennt, während integrierte PV-Elemente zusätzliche Spannung liefern, um den Wirkungsgrad zu steigern.
Noch ein weiter Weg
Auch wenn Forschende weltweit nach effizienten Verfahren suchen, erreichen photokatalytische Systeme heute meist nur 1 % bis 2 % Wirkungsgrad bei der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff. Unter optimalen Laborbedingungen wurden aber bereits Werte um 10 % erzielt – etwa bei SunHydrogen. Wirtschaftlich interessant wird die Technik laut Experten ab etwa 5 %.
Zum Vergleich: Klassische Elektrolyseure, die Wasser mit Strom spalten, kommen auf 60 % bis 70 %; Hochtemperatur-Elektrolyseure sogar auf bis zu 90 %. Allerdings brauchen sie dafür Stromnetze, Infrastruktur und im Fall der gängigen PEM-Technologie ebenfalls teure Edelmetalle.
Photokatalyse bleibt also spannend, da sie potenziell einfacher, kostengünstiger und risikoloser arbeitet als die großen Chemieanlagen. Die schwedischen Kunststoff-Katalysatoren markieren hier durchaus einen vielversprechenden Fortschritt an. Doch auch dieses Verfahren hat noch Hürden zu überwinden: Aktuell benötigt es Vitamin C als Hilfsstoff, der Elektronen spendet und die Reaktion am Laufen hält. Für eine wirklich nachhaltige Lösung müsste der Prozess nur mit Sonnenlicht und Wasser funktionieren.
Ein Puzzleteil, nicht die ganze Lösung
Das Platin-Problem zu lösen ist also einer von vielen Schritten zu einer wirklich aufgehenden Solar-Wasserstoff-Gleichung. „Das wird noch einige Jahre dauern, aber wir glauben, dass wir auf dem richtigen Weg sind“, bestätigt Forschungsleiter Wang.
Die Studie ist im Fachjournal Advanced Materials erschienen.
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