Billiger Wasserstoff

Forscher an der University of Calgary haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich Katalysematerialien für Elektrolyseprozesse aus kostengünstigen Metallen herstellen lassen.

Eine der Haupteintrittsbarrieren für einen weitläufigen Einsatz von Brennstoffzellen auf Wasserstoffbasis sind die teuren Katalysematerialien, die benötigt werden, um Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen. Forscher an der University of Calgary haben nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, das es erlauben soll, die zur Elektrolyse benötigten Katalysatoren auch aus billigeren Metallen herzustellen.

Die Chemieprofessoren Curtis Berlinguette und Simon Trudel haben dazu ein eigenes Start-up namens FireWater Fuel gegründet, das bereits im nächsten Jahr ein erstes Produkt auf den Markt bringen soll. Ziel ist die Herstellung eines sogenannten Electrolyzers – ein Gerät, das Wasser vergleichsweise umkompliziert in Wasser- und Sauerstoff umwandelt. Es soll kostengünstig genug für kleine Unternehmen und später sogar Privatkunden sein.

Die Erfindung der beiden Forscher aus Calgary nutzt eine Kombination aus Metallen wie Eisen, Kobalt und Nickel statt teurer Platinderivate. Der Prozess, bei dem die Grundstoffe und ihre Sauerstoffverbindungen mit Licht behandelt werden, benötigt zudem keine hohen Temperaturen.

"Die Methode, über die wir in unserem Paper schreiben, ist eine Möglichkeit, Katalyseschichten herzustellen, bei denen mehrere Metalle gleichförmig verteilt werden", sagt Berlinguette. Der Prozess sei zudem für die Umwelt ungefährlich. "Er ist skalierbar und lässt sich mit nahezu jedem Metall im Periodensystem umsetzen."

Konventionelle Wasserstoff-Katalysatoren bestehen aus seltenen und teuren Metallen wie Gold oder oft auch Platin. Die Kanadier nutzen stattdessen ein Dünnfilmmaterial, das in seiner molekularen Form amorph ist. Diese stark ungeordnete Oberfläche sorgt für eine ausreichend hohe Reaktivität.

Der Harvard-Professor Daniel Nocera hatte am MIT bereits einen kostengünstigen Katalysator vorgestellt, der aus amorphem Kobaltoxid bestand und sich zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser eignete. Er hatte 2009 eine eigene Firma namens Sun Catalytix gegründet, um das Verfahren zu kommerzialisieren. Die mit ausreichend Risikokapital und staatlichen Geldern ausgestattete Unternehmung hat sich mittlerweile allerdings aus dem Markt zurückgezogen und konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger Flow-Batterien.

Laut Berlinguette hat das Team frühere Ideen so erweitert, dass sie sich auch mit weiteren Metallen sowie Metallkombinationen nutzen lassen. "Amorphe heterogene Katalysatoren sind schon länger bekannt. Das Problem lag bisher darin, dies mit vielen anderen Metallen wie Kobaltoxid zu tun. Mit mehreren Metallen gleichzeitig ist es noch viel schwerer."

Ein kommerziell tragfähiger Electrolyzer wäre ein wichtiger Baustein für die lange ersehnte Wasserstoffwirtschaft. Und je besser das Katalysematerial, desto geringer der Energieverbrauch bei der Wasserstoffproduktion. Das Endprodukt würde dann in Tanks gespeichert und Brennstoffzellen zugeführt, um bei Bedarf Strom zu erzeugen.

Anfangs will sich das von Berlinguette gegründete Start-up FireWater Fuel auf die Herstellung von Geräten für die direkte Wasserstofferzeugung auf Windfarmen konzentrieren. Ein fertiges Endkundengerät würde vermutlich die Größe eines Kühlschranks haben und mehrere Liter Wasser pro Tag in Strom umwandeln. Geplant ist es für 2015. (bsc)