Forscherteam verwandelt Meerwasser in Wasserstoff
Ein internationales Forscherteam hat eine Methode entwickelt, um aus Meerwasser direkt Wasserstoff zu gewinnen, ohne es dafür zu entsalzen. Der Prozess soll viel günstiger und einfacher als bisherige Verfahren sein. Die Lösung dafür ist eine spezielle Beschichtung für die Elektrode.
Aus salzigem Meerwasser Wasserstoff gewinnen?
Foto: PantherMedia / aaw
Grüner Wasserstoff ist eine wichtige Technologie für die Energiewende, da er eine saubere und nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen bietet. Er wird durch Elektrolyse aus Wasser produziert, wobei der Strom für diese Umwandlung aus erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windenergie genutzt wird. Bei diesem Prozess sowie bei der Rückverwandlung von Wasserstoff in Strom oder beim Verbrennen von Wasserstoff entsteht kein CO2, deshalb gilt grüner Wasserstoff als ein wichtiger Baustein für den Übergang zu einer klimaneutralen Energieversorgung.
Aus salzigem Meerwasser Wasserstoff gewinnen
Wichtig für die Herstellung des Wasserstoffes ist vor allem Wasser. So kann Wasserstoff z.B. aus Meerwasser durch Elektrolyse gewonnen werden. Diese Technologie ist besonders für die Gewinnung von Wasserstoff in Regionen mit unzureichender Wasserversorgung wichtig, weil Meerwasser weltweit verfügbar ist. Aber es ist ein energieintensives Verfahren. Schließlich benötigt man für die Produktion über die elektrochemische Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff nicht nur Wind- oder Solarstrom, sondern auch sauberes Wasser. Also Meerwasser müsste dafür entsalzt, aufwändig gereinigt und gefiltert werden.
Bisher war dieses Verfahren wegen des hohen Salzgehaltes im Meerwasser nicht effizient, weil sich die Chlorid-Ionen an der Elektrode anlagerten. Das Salz zerstörte die Elektroden, mit denen der Solarstrom in das Wasser geleitet wurde, sehr schnell.
Deshalb musste das Wasser dafür entsprechend vorbereitet werden, bzw. entsalzen werden. Und das ist der springende Punkt. Eine Elektrolyse direkt aus salzigem Meerwasser wäre viel effektiver und preiswerter.
Ein Forscherteam aus Australien, China und den USA hat sich gerade das ins Visier genommen und entwickelte einen Elektrolyseur, der Wasserstoff aus Meerwasser produziert, ohne dass es dafür vorbehandelt werden muss. So haben Forschende der Universitäten Adelaide, Tianjin, Nankai sowie der Kent State University Meerwasser aufgespaltet, um es in Wasserstoff umzuwandeln.
Lewis-Säure kann Korrosion verhindern
Eine spezielle Elektrolyse mit einer Proton-Austausch-Membran (PEM), die die Forschenden jetzt verwendet haben, zeigte eine höhere Effizienz. Wie Medien berichten, haben sie darauf eine dünne Lewis-Säureschicht (Chromoxid) aufgebracht. Dabei handelt es sich um ein weitverbreitetes Beschichtungsmaterial für Anwendungen wie in der Druck- und Papierindustrie oder der Pumpen- und Textilwirtschaft.
An dieser Lewis-Säure lagern sich Elektronenpaare an. Dadurch gelangen in der Elektrolyse-Zelle Hydroxyl-Gruppen viel einfacher und häufiger zur Elektrode als Chlorid-Ionen. Mit anderen Worten: Diese Elektrolyse funktioniert auch mit einer hohen Chlorid-Konzentration des Wassers, weil sich der hohe Chlorid-Anteil im Meerwasser nicht mehr negativ auf den Spaltungsprozess der Wassermoleküle auswirkt. Diese optimierte Elektrolyse kann mit höherer Effizienz direkt aus salzigem Meerwasser Wasserstoff gewinnen. So könnte der Umweg über Süßwasser künftig überflüssig werden.
„Ein fließfähiger natürlicher Meerwasserelektrolyseur mit Lewis-Säure-modifizierten Elektroden (Cr2O3-CoOx) weist die industriell erforderliche Stromdichte von 1,0 A cm-2 bei 1,87 V und 60 °C auf“, steht in der entsprechenden Veröffentlichung im Nature Magazine, in dem die Forschenden „direkte Meerwasserelektrolyse durch Anpassung der lokalen Reaktionsumgebung eines Katalysators“ beschrieben haben.
„Wir haben mithilfe eines solchen Katalysators in einem kommerziellen Elektrolyseur Meerwasser mit einer Effizienz von fast 100 Prozent in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten“, kommentierte Shizhang Qiao, Chemieingenieur an der University of Adelaide.
Meerwasser-Ressourcen der Erde als Energieträger nutzen
Auch früher gab es Ansätze, eine spezielle Beschichtung, bzw. eine negative Schutzschicht zu entwickeln, um eine Elektrolyse mit Meerwasser durchzuführen, z.B. mit Nickel-Eisen-Hydroxid. „Das gibt uns die Chance, die gewaltigen Meerwasser-Ressourcen der Erde als Energieträger zu nutzen“, kommentierten die Forschenden. Auch bei dieser Methode ging es um einen Prototyp im Labormaßstab.
Jetzt muss auch die neue Methode nicht nur in einem Labor, sondern in der Praxis getestet werden. Wenn sie sich auch im großen Maßstab bewährt, würde diese Lösung eine große Bedeutung für die Wasserstoffwirtschaft spielen. Denn solche Anlagen könnten vor allem in sehr sonnigen Regionen in Einsatz kommen, wo einerseits viel Sonnenenergie gewonnen werden kann, aber andererseits gibt es dort häufig nur knappe Süßwasserressourcen. Das Meerwasser ist hingegen oft in großen Mengen vorhanden.
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