Plasmonische Fotokatalyse: Stinkendes Gas liefert wertvollen Wasserstoff
Wasserstoff, angesichts des immer bedrohlicher werdenden Klimawandels einer der begehrtesten Rohstoffe der Welt, lässt sich aus einem Gas gewinnen, das heute noch als Abfall verbrannt wird. Genauer: In Schwefelwasserstoff, der nach faulen Eiern riecht, geht der Wasserstoff in Flammen auf. Zurück bleibt reiner Schwefel, der nur zu einem kleinen Teil sinnvoll genutzt werden kann.
Naomi Halas, Professorin für Elektrotechnik und Computertechnik an der Rice University(öffnet im neuen Fenster) im texanischen Houston, hat mit ihrem Team einen Katalysator entwickelt, der die Spaltung von Schwefelwasserstoff in einem einzigen Schritt möglich macht. Er besteht aus Nanopartikeln aus Gold, das zwar sehr teuer ist, aber angesichts der geringen Mengen, die benötigt werden, kaum Einfluss auf die Kosten des Verfahrens hat.
Gold allein reicht allerdings nicht, um den Wasserstoff abzutrennen. Die für die sogenannte plasmonische Fotokatalyse benötigte Energie liefert Licht, entweder natürliches oder das von wenig Strom verbrauchenden Leuchtdioden. Als Plasmonen werden in der Quantenmechanik Schwingungen in Festkörpern genannt. In diesem Fall sorgen die Schwingungen dafür, dass das Schwefelwasserstoffmolekül in Wasserstoff und Schwefel zerfällt.
Winzige Inseln mit großer Wirkung
" Der Ausdruck Gamechanger wird oft überstrapaziert, aber in diesem Fall trifft er zu ", sagte Halas. Ihr Team platzierte auf der Oberfläche von Siliziumdioxidpulver winzige Inseln aus Gold. Sie haben einen Durchmesser von gerade mal Zehnmillionstelmillimetern und interagieren mit bestimmten Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Dabei bilden sich kurzlebige, hochenergetische Elektronen, die die Spaltung des Schwefelwasserstoffs auslösen.
Start-up vermarktet die Technik
Bei der Förderung von Erdgas strömt nebenbei manchmal auch Schwefelwasserstoff aus der Erde. Dieser muss abgetrennt werden. Größere Mengen des stinkenden Gases entstehen jedoch in Raffinerien beim Entschwefeln. Das geschieht, indem Wasserstoff mit dem Schwefel reagiert und ihn so herauslöst.
Das ebenfalls in Houston angesiedelte Start-up Syzygy Plasmonic, zu dessen Gründern Halas gehört, hat die plasmonische Schwefelwasserstoffspaltung lizenziert.