Licht und Meerwasser reichen, um billigen Wasserstoff zu produzieren

Forscher der US-amerikanischen Eliteuniversität Cornell stellen günstigen Wasserstoff aus Meerwasser her und produzieren dabei gleichzeitig sauberes Trinkwasser. In Zukunft könnte die Technologie auch zur Kühlung von PV-Anlagen eingesetzt werden.

➤ Mehr lesen: Weltweit erste Wasserstoff-Fabrik im Meer ist jetzt online

Grüner Wasserstoff, bei dessen Produktion kein CO2 freigesetzt wird, kostet mit etwa 10 Dollar pro Kilogramm 10-mal so viel wie Wasserstoff, der bei der Dampfreformierung entsteht. Bei dieser Methode reagiert Erdgas (Methan) mit Wasser: Wasserstoff und das unerwünschte Nebenprodukt CO2 entstehen. Damit grüner Wasserstoff breitflächiger eingesetzt werden kann, muss er allerdings günstiger werden.

Keine teure Vorbereitung des Wassers

Das haben sich die Forscher zum Hauptziel gemacht. Die erste Einsparung liegt schon bei der Verwendung von Meerwasser. In der Elektrolyse, also der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe von Elektrizität, kommt normalerweise destilliertes und deionisiertes Wasser zum Einsatz. Deionisiertes Wasser ist allerdings nur schlecht elektrisch leitfähig, weshalb ein Elektrolyt beigemischt werden muss, um es wieder leitfähig zu machen. Sowohl Reinigung als auch Deionisierung des Wassers benötigen zusätzlich Energie und verursachen Kosten. 

Billiger wäre es, direkt Meerwasser zu verwenden, das in Fülle vorhanden ist. Das dachte sich auch Lenan Zhang, der das Projekt leitete: "Deswegen haben wir diese Technologie entwickelt. Solarenergie und Meerwasser sind im Grunde unendliche und kostenlose Ressourcen." 

Ineffizienz von Photovoltaik als Pluspunkt

Ihr Prototyp, ein etwa 10x10 Zentimeter großes Gerät, nutzt die Ineffizienz von Photovoltaik geschickt für sich aus. Selbst bei modernen Solarmodulen werden nur 25 Prozent der Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt. Der Rest geht als Wärme verloren.

Zhang nutzt diese Wärme aber, um das Salzwasser aufzuheizen, bis es verdampft. "Das kurzwellige Sonnenlicht reagiert mit der Solarzelle und das längerwellige erzeugt die Wärme für die Entsalzung des Meerwassers", sagt Zhang in einer Aussendung. "So kann die gesamte Sonnenenergie verwendet werden."

Damit das Wasser verdampft und somit entsalzt wird, braucht es allerdings eine entscheidende Komponente: einen Kapillardocht. Dieser sorgt dafür, dass ein dünner Wasserfilm direkt mit dem warmen Solarmodul in Kontakt ist. So verdunstet das Wasser sehr effizient. Der entsalzte Dampf kondensiert und wird vom Strom der Solarzelle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. 

Viele Faktoren spielen eine Rolle

"Die Konstruktion des Prototyps war eine Herausforderung. Die Entsalzung ist mit der Elektrolyse gekoppelt, die Elektrolyse mit dem Solarpaneel und die Entsalzung mit der thermischen Energie des Panels", sagt Zhang. "Aber jetzt können wir zum ersten Mal eine ausreichende Menge Wasser produzieren und haben noch zusätzlich Wasser zum Trinken: 2 Fliegen mit einer Klappe."

➤ Mehr lesen: Wasserstoff ist zu kostbar für Autos

Der Prototyp ist momentan zu 12,6 Prozent effizient und stellt 200 Milliliter Wasserstoff pro Stunde her. Zhang ist allerdings überzeugt, dass die Technologie in 15 Jahren so weit fortgeschritten ist, dass der Kilopreis von grünem Wasserstoff auf einen Dollar sinken würde.

Kühlung von PV-Parks

Großes Potenzial sieht er auch darin, die Technologie in PV-Parks zu verwenden. Der Kapillardocht erfüllt zusätzlich die Funktion einer Wasserkühlung. Das würde nämlich die Effizienz der Paneele verbessern und ihre Lebensdauer verlängern. Somit wird Solarstrom noch günstiger - was auch der grünen Wasserstofferzeugung in die Karten spielt.