Wasserstoff entwickelt sich zu einem vielversprechenden chemischen und Energieträger zur Dekarbonisierung unserer Gesellschaft. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftstoffen entsteht beim Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff kein Kohlendioxid.
Elektrolyse von Wasser als Lösung
Die Wasserelektrolyse wird als praktikable Lösung zur Erzeugung von grünem Wasserstoff mithilfe erneuerbarer Energien und sauberem Strom vorgestellt. Dieser Prozess erfordert kathodische und anodische Katalysatoren, um die Zersetzungs- und Rekombinationsreaktionen von Wasser in Wasserstoff bzw. Sauerstoff zu beschleunigen.
Fortschritte in der Elektrolysetechnologie
Bisher waren für die Wasserelektrolysetechnologie Katalysatoren erforderlich, die auf knappen und seltenen Elementen wie Platin und Iridium basieren. Einem Wissenschaftlerteam ist jedoch ein entscheidender Schritt gelungen, indem es einen neuen Weg entwickelt hat, einem Katalysator ohne Iridium Aktivität und Stabilität zu verleihen und dabei die bisher unerforschten Eigenschaften von Wasser zu nutzen.
Entsprechend Die EnergiezeitungDer neue Katalysator erreicht erstmals Stabilität bei der Elektrolyse von PEM-Wasser unter industriellen Bedingungen ohne den Einsatz von Iridium. Das Team am Institute of Photonic Sciences (ICFO) hat einen neuen Ansatz für die Entwicklung von Katalysatoren ohne Iridium entwickelt, um Aktivität und Stabilität in sauren Medien mithilfe von Kobalt zu erreichen, einem viel häufiger vorkommenden und billigeren Material.
Prozessentwicklung
Der Prozess besteht aus einer Delaminationsmethode, bei der ein Teil des Materials gegen Wasser ausgetauscht wird, wodurch ein Katalysator entsteht, der eine praktikable Alternative zu Katalysatoren auf Iridiumbasis darstellt. Um diesen Katalysator zu erhalten, arbeitete das Team mit Kobalt-Wolfram-Oxid (CoWO4) und entwickelte einen Delaminierungsprozess in basischen wässrigen Lösungen, bei dem die Wolframoxide entfernt und durch Wasser und Hydroxylgruppen ersetzt wurden.
- Das Team konnte das Vorhandensein von eingeschlossenem Wasser und Hydroxylgruppen bewerten und deren Rolle für die Aktivität und Stabilität des Katalysators für die Wasserzersetzung unter sauren Bedingungen verstehen.
- Dieses neue Wissen ermöglichte es dem Team, eng mit Experten für Katalysatormodellierung zusammenzuarbeiten und zu verstehen, wie wassergeschützte delaminierte Materialien nicht nur thermodynamisch vor der Auflösung geschützt sind, sondern auch hochaktiv sind.
Katalysatorleistung und Zukunft
Die anfängliche Leistung des delaminierten Katalysators in einem PEM-Reaktor war bemerkenswert: Er erreichte eine höhere Aktivität und Stabilität als alle früheren Arbeiten und erreichte eine Stromdichte von 1 A/cm² und mehr als 600 Stunden Stabilität. Diese Ergebnisse stellen einen großen Schritt hin zur Produktion von grünem Wasserstoff dar, ohne auf knappe Elemente wie Iridium angewiesen zu sein.
Das Team hat ein Patent angemeldet und will die Produktion auf industrielles Niveau bringen. Sie sind sich jedoch der damit verbundenen Herausforderungen bewusst, beispielsweise der problematischen Herkunft von Kobalt. Deshalb arbeiten sie an Alternativen auf Basis von Mangan, Nickel und anderen Materialien.
Trotz der Herausforderungen ist das Team entschlossen, diesen Weg weiterzugehen und einen Beitrag zu erneuerbaren Energien zur Bekämpfung des Klimawandels zu leisten.
Mit den Worten von Ranit Ram, Erstautorin der Studie: „Ich wollte schon immer erneuerbare Energien vorantreiben, weil sie unserer menschlichen Gemeinschaft beim Kampf gegen den Klimawandel helfen werden. Ich denke, dass unsere Studien einen kleinen Schritt in die richtige Richtung gebracht haben«.
