Wasserstoff wird seit langem als umweltfreundlicher Kraftstoff der Zukunft gehandelt, f\u00fcr Brennstoffzellen oder direkt f\u00fcr Motoren. Bis heute ist es billiger, das leichteste aller Gase aus Erdgas zu gewinnen als aus Wasser \u2013 50 Milliarden Tonnen werden j\u00e4hrlich so erzeugt. Es sei denn, man betreibt die Elektrolyse von Wassermolek\u00fclen mit Solarenergie. Das US-Energieministerium sch\u00e4tzt den Effizienzgewinn der solar betriebenen Herstellung von Wasserstoff auf 15 bis 25 Prozent. Forscher der Stanford University berichten nun von einem Material, das dieses Ziel erstmals realistisch erscheinen l\u00e4sst.<\/p>\n
Seit einiger Zeit arbeiten verschiedene Gruppen an einer \u201ek\u00fcnstlichen Photosynthese\u201c: Inspiriert vom nat\u00fcrlichen Vorbild in Bl\u00e4ttern, soll Sonnenlicht \u00fcber eine Solarzelle in Strom verwandelt werden, der die elektrisch entgegengesetzt geladenen Wasserstoff- und Sauerstoffatome des Wassers trennt. Voraussetzung sind allerdings geeignete Katalysatoren auf der Solarzelle, an denen die Gasbildung ablaufen kann. Die Gruppe um Daniel Nocera vom Solar Revolution Project des MIT verwendet mit Kobaltphosphat beschichtete Solarzellen, die direkt in Wasser arbeiten (siehe Bild oben). Der Ansatz ist aber noch weit von einer wirtschaftlichen Anwendung entfernt.<\/p>\n
Derzeit vielversprechender ist, das Wasser in einem photoelektrochemischen Prozess zu spalten. In dem wandeln Halbleiter Sonnenlicht in Strom um und dienen zugleich in einem w\u00e4ssrigen Elektrolyt als Elektroden, deren Oberfl\u00e4chen mit einem Katalysator beschichtet sind. Das sichtbare Licht wird von einer Kupfer-Gallium-Sulfid-Kathode (CGS) aufgefangen und regt die Bildung von Wasserstoff in der einen H\u00e4lfte des Beckens an. Rotes und infrarotes Licht passiert die CGS-Kathode und die Trennmembran und trifft in der anderen H\u00e4lfte des Beckens auf eine Silizium-Anode, an der Sauerstoffgas entsteht (siehe Grafik).<\/p>\n
Schema der PEC-Wasserstoffgewinnung Vergr\u00f6\u00dfern<\/strong><\/p>\n Genau auf dieser Seite des Doppelprozesses liegt aber ein Problem. Sauerstoff korrodiert n\u00e4mlich Silizium, das bislang gebr\u00e4uchlichste Photovoltaikmaterial, innerhalb von Stunden. Andere Halbleiter auf der Anodenseite erzeugen jedoch keine besonders gro\u00dfe Spannung, wie sie f\u00fcr eine effiziente Wasserspaltung n\u00f6tig w\u00e4re.<\/p>\n Die Stanford-Forscher fanden nun heraus, dass eine zwei Nanometer dicke Nickelschicht die Korrosion des Siliziums verhindern kann. Die Spaltreaktion lief drei Tage lang unver\u00e4ndert. Dann stoppten die Wissenschaftler das Experiment und untersuchten das Silizium auf Korrosionsspuren. Sie fanden: nichts.<\/p>\n Die Nickelschicht wurde mittels Elektronenstrahlverdampfung auf einem mit Phosphor dotierten Silizium-Wafer vom n-Typ aufgebracht. Bei zwei Nanometern Dicke l\u00e4sst die Nickelschicht noch gut 90 Prozent des einfallenden Lichts durch, bei f\u00fcnf Nanometern Dicke sind es nur noch knapp 70 Prozent. 30-Nanometer-Schichten sind bereits so gut wie lichtundurchl\u00e4ssig.<\/p>\n Nat\u00fcrlich k\u00f6nnte man auch andere Werkstoffe nehmen, Metalloxide zum Beispiel, die Wassermolek\u00fcle ebenfalls aufspalten. Nur sind sie viel zu langsam f\u00fcr einen nennenswerte Ausbeute. Die neue Materialkombination sei um eine Gr\u00f6\u00dfenordnung schneller, sagt John Turner vom National Renewable Energy Laboratory in Golden im US-Bundesstaat Colorado. \u201e40 Jahre Forschung an Metalloxiden haben kein Ergebnis gebracht, dass an das jetzige herankommt.\u201c<\/p>\n Bis zu einer kommerziellen Anwendung d\u00fcrfte es aber noch lange dauern. Hierf\u00fcr m\u00fcsste erst einmal die Effizienz eines Systems aus zwei Solarzellen \u2013 je eine f\u00fcr das Wasserstoffgas und f\u00fcr das Sauerstoffgas \u2013 im Langzeitversuch getestet werden. F\u00fcr einen wirtschaftlichen Betrieb m\u00fcsste es mindestens f\u00fcnf Jahre bei gleichbleibender Ausbeute laufen, sagt Turner.<\/p>\n Das Paper:<\/strong><\/em><\/p>\n Kenney, Michael et al.: “High-Performance Silicon Photoanodes Passivated with Ultrathin Nickel Films for Water Oxidation”, Science, Vol. 342, 15.11.2013 (Abstract) (Kevin Bullis) \/ (nbo)<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Wasserstoff wird seit langem als umweltfreundlicher Kraftstoff der Zukunft gehandelt, f\u00fcr Brennstoffzellen oder direkt f\u00fcr Motoren. Bis heute ist es billiger, das leichteste aller Gase aus Erdgas zu gewinnen als aus Wasser \u2013 50 Milliarden Tonnen werden j\u00e4hrlich so erzeugt. Es sei denn, man betreibt die Elektrolyse von Wassermolek\u00fclen mit Solarenergie. Das US-Energieministerium sch\u00e4tzt den […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5571],"tags":[],"supplier":[1122],"class_list":["post-18082","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-co2-based","supplier-stanford-university"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18082","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=18082"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18082\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=18082"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=18082"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=18082"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=18082"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}