Neuer Schritt bei der Wasserstoffproduktion aus Wasser mit Sonnenlicht

Wissenschaftler der Oregon State University haben an einem neuen Material gearbeitet, das dazu beitragen könnte, Wasserstoff allein durch die Nutzung von Sonnenlicht aus Wasser zu gewinnen. Die Forschung ist im Hinblick auf Technologien bemerkenswert, die die Kosten für die Produktion von sauberem Wasserstoff senken und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern könnten.

In der an der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität durchgeführten Studie wurde eine Methode erprobt, die darauf abzielt, Sonnenenergie direkt in chemische Energie umzuwandeln. Bei diesem Ansatz soll anstelle der Stromerzeugung durch klassische Solarpaneele mit anschließender Elektrolyse erreicht werden, dass spezielle lichtabsorbierende Materialien die Reaktionen im Wasser beschleunigen.

Im Zentrum der Forschung stehen Photokatalysatoren. Photokatalysatoren werden als Substanzen definiert, die Lichtenergie absorbieren und so das Ablaufen chemischer Reaktionen erleichtern. Das Team um den Leiter der Studie, Kyriakos Stylianou, konzentrierte sich zu diesem Zweck auf Materialien mit poröser Kristallstruktur, die als metall-organische Gerüste (Metal-Organic Frameworks) bekannt sind.

WIE FUNKTIONIERT BVR-19?

In den Experimenten wurde ein metall-organisches Gerüst namens BVR-19 verwendet. Es wurde festgestellt, dass dieses Material über eine Schwefel-Schwefel-Bindung verfügt, die bei Lichteinwirkung vorübergehend aufgebrochen werden kann und reaktive Schwefelspezies bildet. Diese Struktur wird als wichtig für das Einfangen von Lichtenergie und den Transport von Elektronen zu den Reaktionen angesehen, die die Wasserstoffproduktion unterstützen.

Den Forschern zufolge ist einer der herausragenden Aspekte der Methode, dass sie darauf abzielt, ohne eine externe Energiequelle außer Sonnenlicht zu funktionieren. Zudem könnte die Tatsache, dass BVR-19 in wässrigen Lösungen und bei Raumtemperatur synthetisiert werden kann, dazu beitragen, den Produktionsprozess in Zukunft praktischer zu gestalten.

Das Team untersuchte auch verschiedene Versionen des Materials, indem es die Grundstruktur beibehielt und lediglich das enthaltene Metall austauschte. Mit diesen Experimenten wurde erforscht, wie sich kleine Änderungen in der Zusammensetzung der metall-organischen Gerüste auf die Leistung auswirken.

Wasserstoff gilt als einer der Energieträger, die in Bereichen wie Verkehr und Industrie fossile Brennstoffe ersetzen könnten. Die Methode, mit der Wasserstoff produziert wird, bestimmt jedoch sowohl seine Kosten als auch seine Umweltauswirkungen. Bei der heute weit verbreiteten Methode der Dampfreformierung von Methan wird Erdgas verwendet, wobei im Prozess Kohlendioxid freigesetzt wird.

Den in den Quellen angeführten Schätzungen zufolge liegen die Kosten für Wasserstoff, der durch Dampfreformierung von Methan produziert wird, bei etwa 1,50 Dollar pro Kilogramm, während die Kosten für grünen Wasserstoff, der mit erneuerbaren Energien gewonnen wird, auf bis zu 5 Dollar steigen können. Daher sind Materialien, die Sonnenlicht direkt in chemischen Reaktionen nutzen können, wichtig, um grünen Wasserstoff zugänglicher zu machen.

Dennoch bedeutet die Studie nicht, dass Erdgas in Haushalten kurzfristig vollständig ersetzt werden kann. Die Forscher weisen darauf hin, dass für eine kommerzielle Nutzung der Methode weitere Bewertungen in Bereichen wie Effizienz, Langzeitstabilität und Gesamtkosten erforderlich sind.