Durchbruch: Graphen könnte Wasserstofferzeugung günstiger machen

Wasserstoff gilt als einer der Schlüssel-Energieträger der Zukunft. Man kann damit Strom speichern und transportieren, Lastwagen- und Schiffsantriebe klimafreundlich machen oder Erdgas in Industrieprozessen ersetzen. 

Um ihn effektiv herzustellen, werden in den meisten Fällen allerdings kostspielige Katalysatoren und Membranen aus seltenen Materialien benötigt. Das könnte sich dank einer neuen Untersuchung von Forscher*innen der Universität Warwick und Manchester künftig ändern. 

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Graphen als Schlüssel

Gegenstand der neuen Studie ist Graphen, eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur. Vor einem Jahrzehnt stellten Wissenschaftler*innen fest: Graphen ist für Protonen, die Kerne von Wasserstoffatomen, deutlich durchlässiger als in der Theorie angenommen. Eigentlich sollte es Milliarden von Jahren dauern, bis ein Proton die dichte kristalline Struktur von Graphen durchdringt. 

Mithilfe von Messungen mit ultrahoher räumlicher Auflösung konnten die Forschende ihre damaligen Beobachtungen nun erstmals bestätigen. Perfekte Graphenkristalle sorgen tatsächlich für einen Protonentransport. Die Protonen werden sogar in der Nähe von Falten oder Kräuseln im Kristall stark beschleunigt. 

"Wir waren überrascht, dass wir absolut keine Defekte in den Graphenkristallen feststellen konnten", kommentierten Segun Wahab und Enrico Daviddi, die Hauptautoren der Studie. "Unsere Ergebnisse sind der mikroskopische Beweis dafür, dass Graphen von Natur aus für Protonen durchlässig ist". 

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Gewinnung von grünem Wasserstoff

Diese Entdeckung ist von großer Bedeutung für die Wasserstoffproduktion. Denn Graphen ist offenbar in der Lage, Wasserstoff durch seine Struktur zu ziehen, während alles andere auf der anderen Seite zurückbleibt. 

"Die Ausnutzung der katalytischen Aktivität von Wellen und Falten in 2D-Kristallen ist ein grundlegend neuer Weg zur Beschleunigung von Ionentransport und chemischen Reaktionen", so der beteiligte Forscher Marcelo Lozada-Hidalgo. "Dies könnte zur Entwicklung von kostengünstigen Katalysatoren für wasserstoffbezogene Technologien führen". Außerdem ließen sich CO2-Emmissionen bei der Herstellung erheblich reduzieren.

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