Strom aus Windkraft könnte in Kombination künftig zur industriellen Herstellung von Wasserstoff aus Meerwasser herangezogen werden.

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Science
03/19/2019

Forschern gelingt Treibstoff-Herstellung aus Meerwasser

Ein Team der Universität Stanford ebnet den Weg für die industrielle Umwandlung von Meerwasser in Wasserstoff und Sauerstoff.

Strom aus erneuerbaren Energiequellen, wie Wind- oder Solarkraft, soll in Zukunft vermehrt eingesetzt werden, um Treibstoff herzustellen. Per Elektrolyse wird aus Wasser Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen. Wasserstoff gilt als wertvoller Treibstoff der Zukunft, da er kein Kohlendioxid produziert und damit nicht zusätzlich zur menschgemachten Klimaerwärmung beiträgt.

Für die Elektrolyse eignet sich allerdings nicht jedes Wasser. Um die rasche Korrosion der Anode (der positiv geladenen Elektrode bei der Elektrolyse) zu verhindern, muss hochgradig reines Wasser verwendet werden. Nun haben Forscher der Universität Stanford allerdings einen Weg entdeckt, um gewöhnliches Meereswasser zu verwenden und damit die "weltweit reichhaltigste Quelle chemischer Energie" anzuzapfen.

Abgestoßenes Chlor

Im Meereswasser vorhandenes Chlor führte bisher dazu, dass die Anode den Elektrolysevorgang nur wenige Stunden durchhielt. Das negativ geladene Chlor griff das Metall der Anode an. Um die Zersetzung nicht zu beschleunigen, musste die Stromstärke niedrig gehalten werden. Das Forscherteam unter der Leitung von Hongjie Dai fand einen Weg, um die Anode vor dem Chlor zu schützen. Dabei wurden mehrere Schichten auf das Metall aufgetragen. Die äußerste Schicht besteht aus Nickel-Eisen-Hydroxid, darunter liegt eine Schicht aus Nickel-Sulfid. Die unterste Schicht besteht aus Nickel-Schaum.

Während der Elektrolyse ist die Nickel-Sulfid-Schicht negativ geladen und schirmt die positiv geladene Anode vor dem negativ geladenen Chlor ab. Genau wie sich die beiden negativen Enden eines Magneten abstoßen, stößt die negative Schutzschicht das Chlor ab und verhindert, dass dieses die Metallschicht im Kern der Anode erreicht.

Höhere Stromstärken

Die mehrteilige Schutzschicht leitet Strom dennoch gut, sodass sogar die Stromstärke gesteigert werden konnte. "Ich glaube wir haben einen Stromstärken-Rekord bei der Teilung von Meereswasser aufgestellt", meint Dai in einer Presseaussendung. Durch die Schutzschicht sei die Anode in der Lage, wesentlich länger einsatzfähig zu bleiben. Dai: "Sie hält nun mehr als tausend Stunden durch."

Ihr Verfahren haben die Forscher zunächst unter Laborbedingungen getestet. Danach wurde eine kleine solarbetriebene Demonstrationsanlage konstruiert, die Meereswasser aus der San Francisco Bay verwendete. "Das Beeindruckende an dieser Studie ist, dass wir die selben Stromstärken verwenden können, die heute in der Industrie verwendet werden", meint Co-Autor Michael Kenney.

Anwendungsgebiete

Das Forscherteam ist überzeugt davon, dass ihre Technik die Verfügbarkeit von Wasserstoff steigern kann. Solar- und Windenergie wird derzeit nur in geringem Umfang für die Produktion von Wasserstoff genutzt. Die Umwandlung von Erdgas in Wasserstoff ist noch der gängigere Weg. Da Meerwasser nun als Ausgangsmaterial herangezogen werden kann, könnte sich das künftig ändern.

Die Stanford-Wissenschaftler sehen neben der Wasserstoff-Produktion noch andere Anwendungsmöglichkeiten für ihre Technologie. Da bei der Elektrolyse auch Sauerstoff hergestellt wird, könnten Taucher oder U-Boote etwa Geräte einsetzen, durch die sie länger unter Wasser bleiben können. Die Nachrüstung bereits bestehender Elektrolyseanlagen mit der neuen Technologie soll relativ einfach möglich sein.