Ein Forschungsteam der Technischen Universität Chalmers in Schweden hat ein neues Verfahren zur Wasserstofferzeugung vorgestellt, das ohne das seltene und teure Metall Platin auskommt. Mithilfe von Sonnenlicht, Wasser und winzigen Partikeln aus elektrisch leitfähigem Kunststoff zeigen die Forscher, wie Wasserstoff effizient, nachhaltig und kostengünstig produziert werden kann.
Wasserstoff spielt eine Schlüsselrolle im globalen Streben nach erneuerbarer Energie. Obwohl bei seiner Verwendung lediglich Wasser als Nebenprodukt entsteht, bestehen weiterhin erhebliche Herausforderungen, bevor Wasserstoff sowohl in großem Maßstab als auch umweltfreundlich produziert werden kann.
Eine große Herausforderung ist der Einsatz von Platin als Co-Katalysator bei der Wasserstofferzeugung mithilfe von Sonnenlicht und Wasser. Die Platinreserven der Erde sind begrenzt, und der Abbau birgt Risiken für Umwelt und Gesundheit. Zudem konzentriert sich die Produktion auf wenige Länder, beispielsweise Südafrika und Russland.
In einer neuen Studie, die in der wissenschaftlichen Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wurde , zeigt ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Ergang Wang an der Chalmers-Universität, wie man mit Solarenergie effizient und völlig ohne Platin Wasserstoffgas herstellen kann.
Wie Chalmers-Forscher Alexandre Holmes erklärt, beinhaltet das Verfahren Unmengen winziger Partikel aus elektrisch leitfähigem Kunststoff. In Wasser eingetaucht, interagieren die Partikel sowohl mit dem Sonnenlicht als auch mit ihrer Umgebung.
„Die Entwicklung effizienter Photokatalysatoren ohne Platin ist ein lang gehegter Traum auf diesem Gebiet. Durch die Anwendung fortschrittlicher Materialdesigns auf unsere leitfähigen Kunststoffpartikel können wir Wasserstoff effizient und nachhaltig ohne Platin produzieren – zu radikal geringeren Kosten und mit einer Leistung, die sogar platinbasierte Systeme übertreffen kann“, sagt Holmes, der zusammen mit Jingwen Pan aus der Gruppe von Jiefang Zhu an der Universität Uppsala Erstautor der Studie ist.Die überwundene Angst vor Wasser steckt hinter dem Erfolg
In Wangs Forschungsgruppe an der Chalmers-Universität werden seit mehreren Jahren Anstrengungen unternommen, den Engpass bei Platin zu überwinden.
Der Schlüssel zum neuen Ansatz liegt in der fortschrittlichen Materialentwicklung des elektrisch leitfähigen Kunststoffs, der im Verfahren verwendet wird. Diese Art von Kunststoff, bekannt als konjugierte Polymere, absorbiert Licht effizient, ist aber typischerweise weniger gut mit Wasser kompatibel.
Durch die Anpassung der Materialeigenschaften auf molekularer Ebene machten die Forscher das Material deutlich wasserkompatibler.
„Wir haben außerdem ein Verfahren entwickelt, um den Kunststoff in Nanopartikel zu formen, die die Wechselwirkungen mit Wasser verbessern und den Prozess der Licht-zu-Wasserstoff-Umwandlung beschleunigen. Die Verbesserung resultiert aus lockerer gepackten, hydrophileren Polymerketten im Inneren der Partikel“, erklärt Holmes.
Im Reaktor des Chemielabors an der Chalmers-Universität können die sich bildenden Wasserstoffblasen mit bloßem Auge gut sichtbar gemacht werden – ein Beweis dafür, dass die Photokatalyse effizient abläuft.
