Brennstoffzellenantriebe Elektrolysesystem spart Milliarden bei der Wasserstoffgewinnung

Forscher am Precourt Institute for Energy der US-Universität Stanford haben ein Elektrolyse-Apparatur entwickelt, die Wasser bei Raumtemperatur und nur mit einer AAA-Batterie aufspaltet. Das Gerät kommt zudem ohne teure Edelmetall-Elektroden aus. Damit verspricht es eine praktikable, günstige Lösung für die Wasserstoff-Gewinnung aus Wasser.

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In den USA sollen Brennstoffzellen-Autos ab 2015 mehr Verbreitung finden. Doch wird der nötige Wasserstoff oft aus Erdgas gewonnen, was ökologisch nicht ideal ist. Eine Alternative bietet die Wasserelektrolyse, die bislang aber viel Strom oder Edelmetalle als Katalysator erfordert hat. Das ist bei der Neuentwicklung nicht der Fall.

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Nickel und Eisen statt Platin oder Iridium

„Mit Nickel und Eisen, die billige Materialien sind, konnten wir ausreichend aktive Elektrokatalysatoren machen, um Wasser bei Raumtemperatur mit einer 1,5-Volt-Batterie aufzuspalten“, so Hongjie Dai, Chemieprofessor in Stanford. Bei so geringer Spannung funktioniere die Elektrolyse normalerweise nur mit Materialien wie Platin oder Iridium.

Wasserstoff aus Erdgas ist sehr aufwändig

Wasserstoff-Brennstoffzellen werden als mögliche Alternative zum Verbrennungsmotor gehandelt. Toyota und Honda beispielsweise wollen ab 2015 mit entsprechenden Fahrzeugen den US-Markt erobern. Doch die industrielle Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas verbraucht viel Energie und setzt CO₂ frei.

Die Lösung: ein nickelbasierter Katalysator

Daher sind die Wissenschaftler bestrebt, eine günstige, effiziente Wasser-Elektrolyse zu ermöglichen. Hier ist dem Stanford-Team ein unerwarteter Durchbruch gelungen. „Als wir festgestellt haben, dass ein nickelbasierter Katalysator so effektiv ist wie Platin, war das eine echte Überraschung“, sagt Dai.

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Mit kombinierter Nickelmetall-Nickeloxid-Struktur lassen sich Milliarden einsparen

Die entscheidende Entdeckung ist dem Doktoranden Ming Gong geungen. Er hat festgestellt, dass eine kombinierte Nickelmetall-Nickeloxid-Struktur viel aktiver ist als das Metall allein oder pures Nickeloxid. Das macht eine Wasserspaltung mit viel geringerer Spannung möglich. Der Forscher glaubt, dass es damit möglich sein wird, bei den Stromkosten kommerzieller Wasserstoffgewinnung Milliardenbeträge einzusparen.

Auch Chlorgas und Ätznatron lassen sich so gewinnen

Allerdings muss die Neuentwicklung noch haltbarer gemacht werden, damit ein Elektrolyseur wochen- oder monatelang durchlaufen kann. Dieses Ziel ist laut Gong aber realistisch. Der Ansatz ist dem Team zufolge zudem auf die Gewinnung der industriell wichtigen Chemikalien Chlorgas und Ätznatron übertragbar.

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