Energie 12.08.2020
Statt Katalysatoren aus teuren Edelmetallen wie Platin oder Palladium einzusetzen, um die Wasserspaltung zu beschleunigen, nutzen sie Spinell-Oxide, eine Klasse von Mineralen, die aus zwei verschiedenen oxidierten Metallen bestehen. Diese stehen schon länger im 'Verdacht', ähnlich gute Katalyse-Eigenschaften wie Edelmetalle zu haben.
Doch eine wirklich effektive Zusammensetzung hat noch kein Forscher geschafft. Es haperte stets am genauen Verständnis dessen, wie die Spinell-Oxide genau funktionieren. Diese Wissenslücke haben der Assistenzprofessor Jason Xu Zhichuan und sein Team jetzt geschlossen. Die Forscher fanden heraus, was auf atomarer Ebene in den Oxiden geschieht, wenn sie Wasserspaltung katalysieren.
Dieses Wissen nutzten sie, um mithilfe eines Maschinenlernprogramms mehr als 300 Zusammensetzungen durchzuspielen, um den besten Katalysator zu finden. 'Auf der Grundlage dieser Parameter können wir neue, bessere Spinell-Oxide herstellen, die uns einer wasserstoffbetriebenen Wirtschaft einen Schritt näher bringen', sagt der Wissenschaftler.
Als vorerst beste Kombination stellte sich ein Spinell-Oxid heraus, das aus den Allerweltswerkstoffen Mangan und Aluminium besteht, also äußerst preiswert ist. Es mindert effektiv den Energieverlust, der bei der Elektrolyse auftritt. Wasser lässt sich nämlich nicht ohne weiteres mit elektrischer Energie in seine Bestandteile Wasser- und Sauerstoff zerlegen. Die starken Bindungen zwischen den Elementen müssen überwunden werden. Dabei sind Katalysatoren unabdingbar.
Wasserstoff gilt, wenn er mithilfe von erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarstrom hergestellt wird, als beste Waffe im Kampf gegen den Klimawandel. Bei der Nutzung in Motoren, Brennstoffzellen und Heizungskesseln entsteht lediglich Wasser, also keinerlei klimaschädliche Stoffe. Entscheidend für eine breite Nutzung ist die umweltverträgliche, wirtschaftliche Herstellung. Heute wird der überwiegende Teil des Wasserstoffs, den vor allem die chemische Industrie benötigt, kostengünstig aus Erdgas hergestellt, also alles andere als klimaneutral.
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