Neuer Katalysator macht Wasserstoff in Zukunft billiger
Umweltfreundliche Brennstoffzellen werden attraktiver
Wasserstoffbläschen bei der Elektrolyse (Foto: Ryan Chen/LLNL)
Livermore (pte/11.08.2017/12:30) Wasserstoff als möglicher
Energieträger der Zukunft hat einen Nachteil: Die Herstellung ist
bislang energieaufwendig und kostspielig. US-Wissenschaftler versprechen
nun Abhilfe. Sie haben einen preiswerten Katalysator entwickelt, der
die Effektivität der Elektrolyse, also der Zerlegung von Wasser in
Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Strom drastisch verbessert und
verbilligt. Denn bisher gebräuchliche Katalysatoren enthalten
Edelmetalle wie Platin und sind daher entsprechend teuer.
Mit Quantenmechanik zum Ziel
Die Wissenschaftler um Brandon Wood und Yuanyue Liu vom Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) https://www.llnl.gov
setzen auf Materialien aus der Gruppe der
Ãœbergangsmetall-Dichalkogenide (MX2). Bislang kommen MX2-Materialien auf
Basis von Wolfram und Molybdän zum Einsatz, die jedoch einen
entscheidenden Nachteil haben: Katalytisch wirksam sind nur die
exponierten Stellen an der Oberfläche, also nur ein kleiner Teil des
gesamten Katalysators. Das Team stellte daher quantenmechanische
Kalkulationen an, um die grundlegenden elektronischen Faktoren zu
entschlüsseln, die verhindern, dass auch das Innere des porösen
Materials katalytisch aktiv ist. Dieses Wissen nutzten sie, um am
Computer modifiziertes MX2 zu entwickeln, das effektiver ist als das
konventionelle.
Auf der Basis der Berechnungen am LLNL experimentierten Forscher der Rice University http://www.rice.edu
in Houston dann mit den alternativen MX2-Materialien Tantal- und
Niob-Disulfid. Mit einer geringen Menge an Katalysatormaterial lasse
sich eine hohe Wirkung erzielen, lobt Wood seine Kollegen. "Das ist ein
großer Vorteil für die großtechnische Nutzung des Prozesses, weil es
überflüssig ist, aufwändige Techniken einzusetzen, wie etwa die
Nanostrukturierung von Materialien", so Wood. Er ist sicher, dass die
eigenen Berechnungen ermöglichen, andere und noch billigere Werkstoffe
zu finden, die ähnlich gut funktionieren.
Wasser spalten ist die beste Lösung
"Wasserstoff hat ein enormes Potenzial als Grundlage für
umweltfreundliche Treibstoffe, weil keine Schadstoffe entstehen", sagt
Wood. "Er kann auf verschiedene Arten hergestellt werden, doch die beste
Möglichkeit ist die Spaltung von Wasser." Eine Alternative ist die
Herstellung aus Erdgas. Doch das ist nicht umweltneutral möglich. Die
Spaltung von Wasser schon, wenn emissionsfrei erzeugter Strom genutzt
wird. Es gibt auch Bakterien, die Wasserstoff herstellen. Doch die sind
wenig produktiv, sodass diese Möglichkeit noch weitab von der
Wirtschaftlichkeit rangiert. Wasserstoff wird unter anderem genutzt, um
Brennstoffzellen zur Stromerzeugung zu betreiben. Die preiswerte
Herstellung des Gases verbessert die Zukunftschancen des
umweltfreundlichen Verfahrens.
(Ende)
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