H2-Herstellung aus Meerwasser ist möglich

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Autor: Jane Marsh
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1. August 2023

H2-Herstellung aus Meerwasser ist möglich

Kooperation im Interesse der Wissenschaft

Wasserstoff ist das Element, das im Universum am hĂ€ufigsten vorkommt. Es verwundert also nicht, dass das Interesse an praktikablen Methoden fĂŒr eine gesteigerte Produktion, insbesondere von grĂŒnem Wasserstoff, groß ist. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der H2-Gewinnung aus Meerwasser. Hier gibt es einige neue Entwicklungsfortschritte.

Wissenschaftler stellen immer wieder fest, dass sie nennenswertere Fortschritte vor allem dann machen, wenn sie mit anderen Experten, die sich mit demselben Thema beschĂ€ftigen, zusammenarbeiten. Solch ein Kooperationsprinzip verfolgt ein Projekt, an dem mehrere Institutionen beteiligt sind und dessen Ziel es ist, einen Prototyp zu schaffen, mit dem Wasserstoff aus minderwertigen FlĂŒssigkeiten wie Meer- und Abwasser erzeugt werden kann.

Die Projektteilnehmenden arbeiten dabei mit Experten zusammen, die sich bestens mit Elektrolyseuren und Membranen auskennen. BezĂŒglich des auf vier Jahre angelegten Projekts erhoffen sich die Wissenschaftler, Membranen zu finden, die gĂŒnstige und ausreichend vorhandene Metalle wie Nickel und Eisen nutzen. Zudem möchten sie Alternativen zu umweltverschmutzenden oder dauerhaft schĂ€dlichen Verfahren finden und die Recyclingquote verbessern. Die Forschenden hoffen, die Weiterentwicklung ihres Prototyps beschleunigen zu können, sobald sie mögliche Optionen ermittelt haben. FederfĂŒhrende Institution des Projekts ist die University of Galway in Irland. Außerdem sind Organisationen aus Israel, Spanien und Deutschland beteiligt.

Das Projekt gehört zu einem grĂ¶ĂŸeren Unterfangen der EuropĂ€ischen Kommission, praktikable Möglichkeiten zu finden, um die Produktion von grĂŒnem Wasserstoff zu steigern. So hat zum Beispiel die EuropĂ€ische Wasserstoffbank kĂŒrzlich das Ziel angekĂŒndigt, zehn Mio. Tonnen grĂŒnen Wasserstoff bis 2030 selbst zu erzeugen. Weitere zehn Mio. Tonnen sollen importiert werden.

Sollten diese BemĂŒhungen erfolgreich sein und saubere, umweltfreundliche Beförderungsmöglichkeiten gefunden werden, könnten fossile Brennstoffe in großer Dimension durch Wasserstoff ersetzt werden. Zudem könnte die Chemieindustrie durch eine einfachere Wasserstoffproduktion mit einem nachhaltigeren Rohstoff fĂŒr die Produktion von DĂŒngemitteln, Stahl und weiteren Erzeugnissen versorgt werden.

Ein neu entwickelter Elektrokatalysator

In den USA arbeitet das Team vom Texas Center for Superconductivity an der University of Houston an einem Elektrokatalysator auf Nickel- und Eisenbasis, der wĂ€hrend der Meerwasserelektrolyse mit Kupfer-Kobalt interagiert. Mit dieser Kombination ließen sich bekannte HĂŒrden, die mit der Wasserstoffgewinnung aus Meerwasser verbunden sind, ĂŒberwinden. Zum Beispiel sind aktuelle Elektrokatalysatoren, die bislang verwendet werden, um eine Sauerstoff-Entwicklungs-Reaktion (OER) zu erzielen, unerschwinglich teuer.

Die US-amerikanischen Forschenden stellten nun fest, dass die von ihnen hergestellten OER-Elektrokatalysatoren von allen potenziellen Multimetall-Elektrokatalysatoren zu den leistungsstÀrksten zÀhlten. Eine weitere spannende Erkenntnis ist, dass die Wasserstoffproduktion durch die neue Technologie und die optimierten Prozesse erschwinglicher werden könnte.

Laut dem leitenden Wissenschaftler Zhifeng Ren benötigt man fĂŒr die Produktion eines Kilogramms Wasserstoff zurzeit rund 50 Kilowattstunden Strom. Liegt der Preis fĂŒr Netzstrom bei 10 Cent pro Kilowattstunde, fallen allein 5 US-Dollar pro Kilogramm Wasserstoff nur fĂŒr den Strom an. Das ist deutlich zu teuer, um diese Methode attraktiv zu machen.

Eine praktikable Vorgehensweise, die wĂ€hrend dieser Studie entwickelt wurde, ist die Nutzung des StromĂŒberschusses von Windkraftanlagen oder Solarmodulen. Bei diesem Ansatz wĂŒrden die Stromkosten weniger als 1 Cent pro Kilowattstunde betragen. Ren erklĂ€rt, dass diese Option nur umsetzbar sei, wenn Methoden zur Wasserstofferzeugung entwickelt wĂŒrden, die ausschließlich grĂŒne Energie nutzten.

Wissenschaftler erzielen Verbesserungen

Besonders attraktiv an der Wasserstoffgewinnung aus Meerwasser ist dessen reichliche und einfache VerfĂŒgbarkeit. Ein Team der Penn State hat im Rahmen einer Machbarkeitsstudie einen Meerwasserelektrolyseur entwickelt, der auf einer dĂŒnnen, halbdurchlĂ€ssigen Membran basiert, die ursprĂŒnglich verwendet wurde, um Wasser ĂŒber Umkehrosmose zu reinigen.

Die Wissenschaftler hatten mit zwei handelsĂŒblichen Umkehrosmose-Membranen experimentiert und die benötigte Energie, den QualitĂ€tsverlust der Membran sowie ihre BestĂ€ndigkeit gegenĂŒber dem Ionenaustausch gemessen. Dabei stellten sie fest, dass eine der Membranen durchaus gut fĂŒr Meerwasser geeignet ist, weshalb weitere Nachforschungen anvisiert werden.

In einem weiteren Fall hat eine Gruppe an der University of Central Florida eine nanostrukturierte DĂŒnnschicht hergestellt. Die Nanostrukturen enthielten Nickelselenid mit zugefĂŒgtem Phosphor und Eisen. Vorherige BemĂŒhungen hatten aufgrund von Konkurrenzreaktionen nur eine begrenzte Wirksamkeit gezeigt.

Die Wissenschaftler bestĂ€tigten nun, dass die neue Herangehensweise vielversprechende Resultate liefere und eine zuverlĂ€ssige, kosteneffiziente Lösung sei. Versuche zeigten, dass die Innovation fĂŒr mehr als 200 Stunden höchst effizient und stabil war. ZukĂŒnftige Untersuchungen werden sich darauf konzentrieren, die neu entwickelten Materialien elektrisch effizienter zu machen und neue Optionen zu suchen, um diese Entwicklungen zu kommerzialisieren und zu finanzieren.

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