Effizientere Elektrolyse: Neuartiger Hochleistungskatalysator besteht auf gleich 14 Metallen

Es klingt ein bisschen wie die Einkaufsliste eines verrückten Chemieprofessors: Aluminium, Silber, Gold, Kobalt, Kupfer, Eisen, Iridium, Molybdän, Nickel, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium und Titan. Tatsächlich könnten diese vierzehn Metalle zukünftig aber gemeinsam eine wichtige Rolle beim Umbau der deutschen Wirtschaft spielen. Denn viele industrielle Prozesse lassen sich nicht einfach elektrifizieren. Ein klimaneutraler Betrieb ist daher nur durch den Einsatz von Wasserstoff möglich. Produziert wird dieser wiederum während der sogenannten Elektrolyse. Vereinfacht ausgedrückt, wird dabei Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Rein technisch funktioniert das Verfahren auch bereits. Es ist allerdings sehr energieintensiv. Großflächig zum Einsatz gebracht werden kann es daher aktuell nur, wenn auch enorme Mengen an Ökostrom zur Verfügung stehen. Dies Bundesregierung denkt daher sogar über Partnerschaften mit Marokko, Saudi-Arabien oder Australien nach. Diese Länder sollen die reichlich vorhandene Solarenergie nutzen, um Wasserstoff zu produzieren und nach Deutschland zu exportieren.

Die Metalle müssen alle gleich stark vertreten sein

Doch zumindest in der Theorie gibt es auch noch einen anderen Weg. Denn je effizienter der Vorgang der Elektrolyse gestaltet wird, desto weniger Ökostrom wird auch benötigt. Eine entscheidende Rolle könnten hier Katalysatoren spielen. Wissenschaftler in aller Welt arbeiten daher schon seit einiger Zeit an sogenannten Hoch-Entropie-Legierungen. Kurz zusammengefasst handelt es sich um Katalysatoren aus mehreren Metallen, die jeweils gleich stark vertreten sind und sich gegenseitig ergänzen. Was in der Theorie so einfach klingt, ist in der Praxis aber durchaus schwer zu realisieren. Denn viele Metalle können nicht einfach miteinander vermischt werden. Dies gilt insbesondere, wenn am Ende alle Metalle gleich oft vertreten sein sollen. An der Technischen Universität Kochi in Japan konnte in diesem Punkt nun aber ein Durchbruch erzielt werden. Dort entwickelten die Forscher einen Super-Katalysator aus den bereits erwähnten vierzehn Metallen. Mithilfe verschiedener Analysen konnte zudem nachgewiesen werden, dass alle Metalle tatsächlich in der gleichen Menge zu finden sind.

Ein Kniff sorgte für den entscheidenden Durchbruch

Um dies zu erreichen, wandten die Forscher einen kleinen Kniff an. Denn sie erzeugten zunächst eine Legierung, bei der übermäßig viel Aluminium vorhanden war. Das Aluminium diente so gewissermaßen als Puffer zwischen den anderen Materialien. Zum Abschluss entfernten die Forscher dann große Teile des Aluminiums wieder mithilfe eines speziellen alkalischen Lösungsmittels. Was übrig blieb war der Katalysator mit vierzehn gleich stark vertretenen Metallen. Alleine die Herstellung war also schon ein kleines Kunststück. Es verwundert daher nicht, dass die Forscher sofort testen wollten, ob ihre Neuentwicklung auch über die gewünschten Eigenschaften verfügt. Tatsächlich konnte bei verschiedenen Simulationen im Labor nachgewiesen, dass die neue Mischung deutlich besser funktioniert als die bisher bei der Elektrolyse verwendeten klassischen Katalysatoren. Sollte der Ansatz bei der Elektrolyse tatsächlich erfolgreich sein, könnten sich auch Anwendungsmöglichkeiten in anderen Branchen ergeben.

Via: JST