Wie Wasserelektrolyse ohne Membran die Wasserstoffgewinnung revolutionieren könnte

Wasserstoff gilt als saubere Energiequelle. Die aktuellen Methoden zur Wasserstoffgewinnung machen die umwelttechnischen Vorteile des Stoffes aber oft wieder zunichte. Viele Produktionsmethoden drehen sich um die Konvertierung von Erdgas, was die Umweltbilanz gleich wieder in den Keller treibt. Die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser mittels Sonnenlicht ist dagegen weitgehend sauber, und momentan arbeiten Forscher weltweit daran, die Effizienz dieses Prozesses zu verbessern und seine Kosten zu senken. Wissenschaftler der Columbia University entwickeln aktuell eine Art „solar fuel rig“ – schwimmende, schiffähnliche Plattformen, die mit Solarzellen Energie gewinnen und diese dann nutzen, um aus dem Meerwasser Wasserstoff zu erhalten.

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Wasserstoff aus Meerwasser

Zum Einsatz kommt dabei der Prozess der Wasserelektrolyse, bei dem Wasser mit Hilfe von elektrischer Energie in Sauer- und Wasserstoff gespaltet wird. Dabei wird häufig eine Membran zwischen beiden Elektronen benötigt. Diese Membrane sind allerdings häufig sehr empfindlich und benötigen für einen reibungslosen Betrieb sehr sauberes Wasser. Bei der in Kolumbien entwickelten Methode, die auf den Plattformen zum Einsatz kommt, wird dagegen keine Membran benötigt, was den Einsatz mit Meerwasser ermöglicht. Eine Wasserelektrolyse mit einer Membran wäre bei Seewasser nicht praktikabel, da das enthaltene Salz die Membran engreifen würde.

„Being able to safely demonstrate a device that can perform electrolysis without a membrane brings us another step closer to making seawater electrolysis possible. These solar fuels generators are essentially artificial photosynthesis systems, doing the same thing that plants do with photosynthesis, so our device may open up all kinds of opportunities to generate clean, renewable energy“, so Jack Davis, der als erster Autor an der Studie mitgearbeitet hat.

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Wasserelektrolyse ohne Membran

Anstelle einer Membran nutzt das System zwei speziell entwickelte Elektroden, die mit einem Katalysator überzogen sind. An einer der Elektroden bilden sich Sauerstoff- und an der anderen Wasserstoffblasen. Die Sauerstoffblasen werden wieder in die Umgebungsluft entlassen, während die Wasserstoffblasen aufgefangen werden.

Der Strom für die Wasserelektrolyse kommt aus einer Photovoltaik-Anlage auf der Plattform. So kann das komplette System auf dem offenen Meer eingesetzt werden. Momentan arbeitet das Team an Detailverbesserungen, bevor erste Tests im Meer stattfinden. Außerdem untersucht das Team derweil, inwieweit sich das System hochskalieren lässt.

„We are especially excited about the potential of solar fuels technologies because of the tremendous amount of solar energy that is available. Our challenge is to find scalable and economical technologies that convert sunlight into a useful form of energy that can also be stored for times when the sun is not shining“, so Daniel Esposito, der an dem Projekt beteiligt ist.

via Columbia University