Neuer Katalysator macht die Zerlegung von Wasser einfacher

Ein Nachteil von natürlichen Energiequellen wie Sonne oder Wind ist, dass sie nur zu bestimmten Zeiten zur Verfügung stehen. Nachts oder bei Flaute produzieren Solarzellen und Windräder keinen Strom. Die tagsüber oder bei Wind gewonnene elektrische Energie muss effizient zwischengespeichert werden, etwa durch Umwandlung in chemische Energie. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. In einer Brennstoffzelle kann durch die Reaktion der beiden Stoffe wieder elektrische Energie gewonnen werden.

Daniel Nocera mit Versuchsaufbau (Foto: MIT)

Die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff erfolgt mit Hilfe von Elektrolyse. Dabei wird Strom durch zwei Elektroden ins Wasser geleitet, wodurch das Wasser in zwei Teilreaktionen in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.

Daniel Nocera und Matthew Kanan vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine neuartige Elektrode aus Kobalt und Phosphat entwickelt, mit der die Sauerstoffproduktion sehr viel einfacher und damit effizienter wird: Bislang findet die Elektrolyse in einem abgeschlossenen Container statt, als Ausgangsstoff ist stark basisches Wasser notwendig. Mit Hilfe des neuen Katalysators kann die Reaktion ohne großen Aufwand bei Zimmertemperatur mit ganz normalem, pH-neutralem Wasser durchgeführt werden. Bäume brauchen schließlich auch keine Basen, sondern kommen mit normalem Wasser aus, sagte Nocera, der sich bei seiner Arbeit von der Photosynthese der Pflanzen inspirieren ließ, der New York Times.

Nocera glaubt, dass seine Entwicklung erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarenergie zum Durchbruch verhelfen kann. "Solarenergie war immer eine Lösung mit Einschränkungen, die weit weg war. Jetzt können wir ernsthaft an Solarstrom als unbegrenzt und bald verfügbar denken", sagte Nocera. In zehn Jahren, so glaubt Nocera, könne jeder Hausbesitzer sein eigener Energieerzeuger sein. Tagsüber produzieren Photovoltaikzellen auf dem Dach Strom, mit dem Sauerstoff und Wasserstoff für die eigene Brennstoffzelle produziert werde, die den Haushalt nachts mit Strom versorge.

Das neue Verfahren wurde im Rahmen der Energieinitiative des MIT (MIT Energy Initiative, MITEI) entwickelt, an der auch Bosch und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme beteiligt sind.

Nocera stellt seine Entwicklung in der aktuellen Ausgabe des US-Wissenschaftsmagazins Science (Ausgabe vom 1. August 2008) vor. Im gleichen Heft präsentieren Wissenschaftler aus Australien eine von ihnen entwickelte Brennstoffzelle, die ohne Platin als Katalysator auskommt. Das teure Edelmetall durch ein Polymer zu ersetzen, könnte die Kosten für eine Brennstoffzelle erheblich senken. (wp)