Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg in Sachsen-Anhalt haben entdeckt, wie sich Elektroden zukünftig mittels eines neuartigen Prozesses verbessern lassen. Damit könnten die Materialien auch den schwankenden Bedingungen standhalten, die die Nutzung erneuerbarer Energien mit sich bringt und so die Produktion von grünem Wasserstoff vereinfachen. Das teilte die Wirtschaftsförderung des Landes Sachsen-Anhalt mit.

Die alkalische Wasserelektrolyse, die es zur Produktion von Wasserstoff braucht, wird seit Jahrzehnten industriell angewandt. „Das funktioniert sehr gut unter konstanten Bedingungen“, erklärt Michael Bron vom Institut für Chemie an der Universität. Die derzeitigen Systeme seien aber nicht geeignet für die Schwankungen, die es durch die Verwendung erneuerbarer Energien gibt. Der zyklisch unterschiedlich zur Verfügung stehende Strom aus Sonne und Wind würde die Haltbarkeit der verwendeten Materialien verkürzen, sie würden schnell an Aktivität verlieren. „Wir haben das Material so weiterentwickelt, dass es in der Elektrolyse diesen Bedingungen standhält“, führt der Professor in der Mitteilung aus.

Günstigere Alternative

Zwar gebe es hoch aktive Katalysatoren wie Iridium oder Platin, die mit schwankender Energiezufuhr besser zurechtkommen. Die seien aber sind teuer. Nickelhydroxid sei die preiswertere Alternative. Normalerweise werde, um die Stabilität zu erhöhen, das Material auf etwa 300 Grad Celsius erwärmt und dadurch zum Teil in Nickeloxid umgewandelt. Noch höhere Temperaturen aber zerstören das Hydroxid komplett, es komme zu Schäden, sagt Bron.

Die Forscher haben das Material im Labor sogar auf bis zu 1000 Grad Celsius erhitzt und beobachteten die Veränderungen per Elektronenmikroskop. Es habe sich gezeigt, dass die Partikel auch nach der starken Erhitzung eine gleichmäßig hohe Aktivität aufwiesen. Offenbar tritt dieser Effekt erst bei sehr hohen Temperaturen so deutlich auf, Ursache sind nach Erkenntnis der Wissenschaftler aktive Oxid-Defekte an den Partikeln. 

Wirkungsgrad steigt

Der Effekt, den die Wissenschaftler entdeckt haben, zeigte sich auch nach 6000 Zyklen noch – die erhitzten Partikel generierten immer noch 50 Prozent mehr Strom als die unbehandelten Partikel. „Der Wirkungsgrad steigt also, und die Stabilität des Materials ist viel besser“, konstatiert Michael Bron. Die derart behandelten Elektroden seien damit also wie geschaffen für die großindustrielle Anwendung bei der Produktion von grünem Wasserstoff.

Der dafür erforderliche Hochtemperaturschritt muss freilich von der Elektrolysesysteme herstellenden Industrie erst gegangen werden; an der Universität ist er laut Bron nur in kleinem Maßstab realisierbar. Nun müssten die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen in den Firmen – Start ups oder Fraunhofer-Institute – aktiv werden, fordert der Professor. „Elektrolyseure sind etablierte Systeme; vermutlich ist nur noch wenig Forschung nötig, weil die Materialien bekannt sind.“ In einem Jahr schon könnten nach Einschätzung des Wissenschaftlers die Prozesse in großem Maßstab realisiert werden. (amo)