Wasser statt Erdöl – Energieversorgung der Zukunft?

Light2Hydrogen-Demonstrator in Berlin: Prof. Arne Thomas (li.) und Prof. Reinhard Schomäcker, beide Projektpartner an der TU Berlin, zeigen den Rostocker Projektpartnern ihren L2H-"Large-Scale-Demonstrator" (Bild: TU Berlin, A. Hollmann)

Light2Hydrogen-Demonstrator in Berlin: Prof. Arne Thomas (li.) und Prof. Reinhard Schomäcker, beide Projekt­partner an der TU Berlin, zeigen den Rostocker Projekt­partnern ihren L2H-Large-Scale-Demons­trator (Bild: TU Berlin, A. Hollmann)

Die Suche nach einer sauberen und nachhaltigen Energiequelle für die zukünftige Energie­versorgung beschäftigt Wissen­schaftler weltweit. Dabei spielt das kleinste aller chemischen Moleküle, das Wasser­stoff­molekül, die größte Rolle. TU-Forscher um Prof. Dr. Reinhard Schomäcker konnten einen Photo­reaktor mit Kohlen­stoff­nidtriden bauen, der mit einer ein Quadratmeter großen Sonnen­bestrahlungs­fläche seines­gleichen in diesem Bereich sucht, und stellten damit eine erstaunlich große Menge Wasserstoff her.

Im Gegensatz zu den konventionellen Energieträgern Erdöl, Erdgas und Kohle, deren Verfüg­barkeit zeitlich limitiert ist, produziert die Umsetzung von Wasser­stoff zur Energie­erzeugung keine schädlichen Klima­gase. Die Brenn­stoff­zellen-Techno­logie dafür ist bereits vorhanden und wird kontinu­ierlich verbessert. Doch woher soll der benötigte Wasser­stoff kommen? Die Herstel­lung per Wasser­elektro­lyse unter Verwendung von Solar­strom ist bereits gut unter­sucht. Doch viele Forscher wünschen sich vor allem den direkten Weg: die photo­kataly­tische Spaltung von Wasser. Dazu erfolgten entsprechende Unter­suchungen unter Beteiligung der TU Berlin in dem Verbund­projekt „Light2Hydrogen“ L2H, das vom BMBF fünf Jahre lang mit insgesamt zehn Millionen Euro gefördert und zum 31. Oktober 2014 erfolg­reich beendet wurde.

Innerhalb des interdisziplinären L2H-Verbundes, an dem sechzehn Forscher­gruppen von sieben Partner-Einrich­tungen in Berlin-Branden­burg und Meck­lenburg-Vorpomm­ern beteiligt waren, lag der Fokus der Forschungs­arbeiten an der TU Berlin auf der Verwendung von modifi­zierten Kohlen­stoff­nitriden als Photo­kataly­satoren, wie sie in der Arbeits­gruppe von Prof. Dr. Arne Thomas hergestellt werden. Die photo­kataly­tischen Eigen­schaften dieser Materialien für die Herstel­lung von Wasser­stoff wurden bereits vielfältig unter Beweis gestellt, jedoch erfolgten die meisten Versuche nur unter Labor­bedingungen mit künst­lichen Licht­quellen. Um in Zukunft neue Materi­alien unter realen Bedingungen testen zu können und zudem die technische Realisierung der photo­kataly­tischen Wasser­stoff­her­stel­lung zu demons­trieren, wurde inner­halb des Projekts in der Arbeits­gruppe von Reinhard Schomäcker ein Photo­reaktor gebaut, der mit einer Bestrah­lungs­fläche von circa einem Quadrat­meter seines­gleichen sucht. Erste Versuche im Sonnen­licht erfolgten mit den Kohlen­stoff­nitriden. Die optimalen Versuchs­bedingungen wurden zuvor im Labor bestimmt. Dabei konnte über einen Zeitraum von einem Monat eine Wasser­stoff­menge von zirka fünfzehn bis zwanzig Litern erzeugt werden.

„Wir konnten mit unserem Demoreaktor zeigen, dass die Wasser­stoff­herstellung mit Sonnen­licht funktio­niert und bei entsprechend großer Bestrah­lungs­fläche auch weniger aktive Kataly­satoren bereits eine größere Menge Wasser­stoff produzieren können“, sagt Schomäcker. Und: „Mich freut am meisten, dass es uns gelungen ist, das Ergebnis genau vorher­zusagen. Unsere Labor­unter­suchungen hatten gezeigt, dass wir am Tag je nach Sonnen­kraft pro Stunde bis zu drei­hundert Milli­liter Wasser­stoff gewinnen würden. Genau das hat unser Photo­reaktor gemacht.“ Es wird erwartet, dass sich die Menge zukünftig durch die stetige Verbes­serung der Kataly­satoren steigern lässt. (Quelle: TU Berlin)

Links: Forschungsvorhaben Light2Hydrogen • Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe von Sonnen­energie, Unter­nehmen Region • FG Mehr­phasen­reaktions­technik (R. Schomäcker), Institut für Chemie, Technische Universität Berlin

 

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