Von: Dennis L.
Gewinnung von Wasserstoff

Chemiker arbeiten an der künstlichen Photosynthese

Pflanzen können Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen. Ganz ähnlich wollen Chemiker Wasserstoff aus Wasser abspalten.

Versuchsaufbau zur Wasserstoff-Produktion.
© Andreas Friedle / Universität Innsbruck

Innsbruck (Österreich). Wasserstoff ist einer der schadstofffreien Energieträger. Er ist in gebundener Form fast unbegrenzt vorhanden und weist eine hohe Energiedichte auf. Wasserstoff kann besser gespeichert werden als elektrischer Strom und ist daher für die Forschung sehr interessant. Er kann in Brennstoffzellen Energien freisetzen und beispielsweise Autos antreiben. Die Nutzung von Wasserstoff kann eine Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen schaffen. Negativ ist, dass rund 90 Prozent des Wasserstoffes aus Erdgas, Kohle oder anderen Kohlewasserstoffen hergestellt wird.

Ein großer Hoffnungsträger ist ein Prozess, der Wasserstoff aus Wasser spaltet. Diese photokatalytische Wasserspaltung wurde 1972 von japanischen Chemikern entdeckt. Kenichi Honda und Akira Fujishima nutzen die Energie der Sonne, um einen elektrochemischen Prozess auszulösen. Wasser- und Sauerstoff wurden getrennt. Bakterien und Pflanzen funktionieren ähnlich bei einer Photosynthese. Die Energie der Sonne wird in eine chemische Energie umgewandelt.

In der Vergangenheit konnten durch die Systeme für eine photokatalytische Wasserspaltung große Erfolge erzielt werden. Ein Wissenschaftler, der den Prozess für eine großflächige Anwendung optimiert, ist Christof Strabler. Er ist am Projekt Solarer Wasserstoff der Universität Innsbruck beteiligt und gehört zur Forschungsgruppe Peter Brüggeler. Das Projekt wird durch den Unternehmenspartner Verbund unterstützt und läuft im März 2016 aus. Zusätzlich wird das Projekt durch die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG unterstützt.

Umfangreiche Gewinnung von Energien

Eine geringe Menge der Metalle wird gelöst, mit Wasser vermischt und dem Sonnenlicht ausgesetzt. Unter den richtigen Bedingungen und Kombinationen entsteht eine Redoxreaktion. Diese hat die Abtrennung des Wasserstoffs zur Folge. Damit dieses System im großflächig genutzt werden kann, werden Spiegelsysteme und spezielle Becken verwendet. Durch Membrane können die energiereichen Elemente eingesammelt werden.

Bei einer Photsynthese absorbiert der Farbstoff Chlorophyll Lichtenergien. Hierbei werden Elektronen in Energie umgewandelt. Die chemische Energie wird für den Aufbau von organischen Verbindungen benötigt. Strabler und Kollegen setzen anstatt Chlorophyll Kupfer ein. Hierdurch können viele Wellenlängen und ein breites Lichtspektrum absorbiert werden. Laut Strabler ist eine längere Speicherung möglich.

Die gepaarten Energien und Elektronen können durch einen Chromophor an das Eisen weitergeleitet werden. Hierdurch werden das Wasser und der Wasserstoff getrennt. Sauerstoff wird ausgelöst. Eisen und Kupfer passen ideal, Eisen und Nickel funktionieren nicht so gut. Damit Strabler bessere Untersuchungen im Bereich der Redoxreaktion durchführen kann, wechselte er zur Universität Strasbourg in Frankreich. Hier stehen ihm hochspezialisierte Instrumente zur Verfügung.

Natürliche Prozesse

Schwierig ist, dass das System so perfekt funktioniert, wie bei den Bakterien und Pflanzen. In der Natur besteht ein lebendiger Kreislauf, der sich regeneriert. Stabler erklärt, dass die Stabilität hoch sein muss, damit der Prozess reproduziert werden kann. Das bedeutet, dass der Prozess über Wochen und Monate im Gang bleiben muss. Bis das System im großen Maße funktioniert, dauert es noch bis zu 30 Jahre.

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