{"id":71359,"date":"2020-02-06T07:26:05","date_gmt":"2020-02-06T06:26:05","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=71359"},"modified":"2021-09-09T21:22:28","modified_gmt":"2021-09-09T19:22:28","slug":"h2-aus-licht-und-wasser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/h2-aus-licht-und-wasser\/","title":{"rendered":"H2 aus Licht und Wasser"},"content":{"rendered":"

Claudia Turro und ihre Kollegen Whittemore, Xue, Huang und Gallucci von der Ohio State University haben einen Rhodiumkatalysator vorgestellt<\/a>, der bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser und Licht einen bisher unerreicht hohen Wirkungsgrad erzielt.<\/p>\n

Im Gegensatz zu bereits gefundenen Katalysatoren kann er das gesamte Lichtspektrum der Sonne, einschlie\u00dflich der am wenigsten energiereichen Rot- und Infrarotanteile nutzen. Im Bereich der Grundlagenforschung ist die gesteigerte Effizienz schon ein gro\u00dfer Fortschritt \u2013 auch, wenn man damit noch weit von einer Anwendung entfernt ist. Erstens will man weg vom teuren Rhodium und zweitens funktioniert das Modell bislang nur mit einer S\u00e4ure als Protonenlieferant, nicht aber mit reinem Wasser.<\/p>\n

Gedankenspielen mit H2
\nDas Konzept k\u00f6nnte im weiteren Sinn einmal zur Energiewende passen. Soll Strom k\u00fcnftig zunehmend aus erneuerbaren Quellen kommen, geh\u00f6ren im Sinne der Versorgungssicherheit entsprechende M\u00f6glichkeiten, Energie zu speichern und zu verteilen. In den Gedankenspielen hat Wasserstoff als m\u00f6glicher Energietr\u00e4ger eine feste Rolle. Er k\u00f6nnte \u00fcbersch\u00fcssigen Strom an windigen und\/oder sonnigen Tagen speichern und bei Bedarf beispielsweise in Brennstoffzellen Strom und W\u00e4rme erzeugen.<\/p>\n

Man k\u00f6nnte ihn auch direkt ins Erdgasnetz einspeisen oder methanisieren, also in synthetisches Erdgas umwandeln. Energieversorger k\u00f6nnten so auch der Industrie nachhaltigen Wasserstoff liefern \u2013 heute wird er noch unter Abgabe von CO2 aus fossilem Methan gewonnen. Bei zunehmender Sektorkopplung stiegen dabei Effizienz und Energieversorgungssicherheit. Nichts davon existiert heute in ausreichendem Ma\u00dfstab f\u00fcr eine Wasserstoffwirtschaft.<\/p>\n

Wasserstoff aus Licht kann H2-Wirtschaft erg\u00e4nzen
\nInnerhalb bestimmter Nischen einer m\u00f6glichen Wasserstoffwirtschaft k\u00f6nnte es interessant werden, Wasserstoff ohne effizienzmindernden Umweg \u00fcber die Stromproduktion direkt aus Licht zu gewinnen. Ob, ab wann, oder wie lange sich das lohnt, bestimmt dann die Entwicklung der Energieerzeugung. Zahlreiche Institute und Wissenschaftler arbeiten aber bereits heute an L\u00f6sungen. So haben letztes Jahr Wissenschaftler der TU Ilmenau in einer Solarzelle, die mit dem erzeugten Strom Wasser elektrolysiert, einen Wirkungsgrad von \u00fcber 19 Prozent erreicht, von in ihrem Konzept maximal etwa m\u00f6glichen 23.<\/p>\n

Die meisten dieser Ans\u00e4tze zur Solar-H2-Produktion beruhen auf einer Kombination von Molek\u00fclen f\u00fcr die Aufspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff. Die Wasserstoffseite dieses Prozesses erzeugt mit einem Licht absorbierenden Photosensibilisator (in Pflanzen ist das Chlorophyll) angeregte Elektronen. Diese Elektronen werden in einen Wasserstoff erzeugenden Katalysator mit zwei Protonen zu Wasserstoffgas zusammengesetzt. Bei der Ladungs\u00fcbertragung vom Lichtabsorber zum Katalysator geht allerdings Energie verloren.<\/p>\n

Zwei Schritte zugleich
\nTurro versuchte daher, beide Schritte im selben Molek\u00fcl zu erreichen, was mit den bisher untersuchten Katalysatoren f\u00fcr die Wasserstofferzeugung nicht gut funktionierte. Sie erwiesen sich als instabil, wenig effizient und g\u00e4nzlich unt\u00e4tig im Spektralbereich roten oder infraroten Lichts. Der neu entwickelte Katalysator enth\u00e4lt zwei aneinander gebundene Rhodiumatome, flankiert von zwei Ligandenpaaren, Benzo [c] cinnolin und N, N-Diphenylformamidat.<\/p>\n

Diese tragen zur Verk\u00fcrzung der Rhodiumatombindung bei, wodurch sich das Energieniveau des Komplexes \u00e4ndert. Gleichzeitig verl\u00e4ngert es die Dauer des angeregten Zustands, Schl\u00fcsselfaktor f\u00fcr seine verbesserte Leistung, wie es C&EN zusammenfasst. Laut Ver\u00f6ffentlichung der Wissenschaftler soll ein einzelnes Katalysatormolek\u00fcl unter Rotlicht bis zu 28 H2-Molek\u00fcle pro Stunde und an einem ganzen Tag durchschnittlich 170 Wasserstoffmolek\u00fcle (+\/- 5) produzieren k\u00f6nnen.<\/p>\n

Billigeres \u00dcbergangselement gesucht
\nDie Grundlagenforschung zeigt bisher nur, dass solche Katalysatoren einen deutlich h\u00f6heren Wirkungsgrad bieten k\u00f6nnten als solche, in denen ein zus\u00e4tzlicher Sensibilisator n\u00f6tig ist. Sollten sie in Zukunft einmal funktionieren, m\u00fcssen sie zun\u00e4chst mit anderem Methoden zur Herstellung erneuerbaren Wasserstoffs gleichziehen, beispielsweise mit der Nutzung des Stroms aus der Photovoltaik. In welchem Ma\u00dfe man sie vielleicht einmal brauchen kann, h\u00e4ngt von der Entwicklung des gesamten Systems der Energieproduktion ab. Man rechnet aber offenbar ziemlich fest mit Nischenanwendungen.<\/p>\n

Eine Besonderheit der Grundlagenforschung ist ihre relative Unabh\u00e4ngigkeit. Projekte zur Photokatalyse werden zwar finanziell gef\u00f6rdert, dennoch geht das Team ohne sichere Perspektive f\u00fcr eine m\u00f6gliche Wasserstoffwirtschaft derweil den n\u00e4chsten, winzigen Schritt. Es versucht, Rhodium durch ein weniger seltenes, billigeres \u00dcbergangselement zu ersetzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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