Eine Nachwuchs-Forschungsgruppe der Friedrich-Schiller-Universität Jena erhält Fördergelder des Bundesforschungsministeriums, um die Erzeugung von grünem Wasserstoff per Photokatalyse zu erforschen. Ziel ist es, die Effizienz des Verfahrens signifikant zu erhöhen.

Das Prinzip der Photokatalyse ist relativ simpel: Wasser wird mit Katalysatoren gemischt, die es mit Hilfe des Sonnenlichts aufspalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Das funktioniert bereits, erste Versuchsanlagen seien in Japan errichtet worden, sagt Jacob Schneidewind vom Center for Energy and Environmental Chemistry der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Effizienzgrad lässt noch zu wünschen übrig

Während Photovoltaik-Anlagen auf Siliziumbasis einen Effizienzgrad von über 20 Prozent für die Produktion von Strom erreichen, seien es bei der Photokatalyse für die Produktion von Wasserstoff allerdings gerade mal zwei Prozent. „Wir suchen also nach Katalysatoren, mit denen sich die Effizienz erhöhen lässt“, sagt der Chemiker. Diese Katalysatoren sollten zudem nachhaltig und ressourcenschonend sein.

Aktuell wird in der Gruppe von Jacob Schneidewind an Kohlenstoffnitridmaterialien und konjugierten Polymeren geforscht. Beide Stoffe liegen als Pulver vor und bestehen lediglich aus Kohlenstoff sowie Stickstoff. Der Schlüssel für eine höhere Effizienz könnte in der Struktur der Materialien liegen sowie in ihrer Stabilität über die Zeit. Laut Schneidewind müssen die Katalysatoren nach einer gewissen Zeit reaktiviert werden. Deshalb sei eine Idee, ein Kreislaufsystem zu etablieren, in dem die nachlassenden Katalysatoren durch eine Wiederherstellung ihrer Struktur stetig reaktiviert werden.

Natur als Vorbild

Als Vorbild für die Idee der Arbeitsgruppe nennt Schneidewind die Natur. Es gehe darum, ein System zu ersinnen, das ähnlich wie die Photosynthese der Pflanzen funktioniert. Denkbar sei es, das System so zu designen, dass der Prozess in zwei Schritten verläuft: Schritt 1 aktiviert das System und in Schritt 2 wird Wasserstoff produziert. „Wir werden experimentell erproben, ob das tatsächlich funktionieren kann“, so Jacob Schneidewind. Am Ende der sechsjährigen Projektdauer solle ein funktionsfähiger Prototyp stehen. Vorstellbar seien Folienkissen, vergleichbar der Luftpolsterfolie, die von der Katalysator-Wasser-Mischung durchströmt werden. Aufgestellt in sonnenreicher Umgebung, würden sich darin Wasserstoff und Sauerstoff sammeln. Die beiden Gase müssten im nächsten Schritt noch separiert werden, durch spezielle Filter oder Aktivkohle. Als Rohstoff für die Katalysatoren könnte Harnstoff dienen. Dieser wird in riesigen Mengen in der Landwirtschaft genutzt und steht kostengünstig zur Verfügung. Die neuartigen Sonnenkraftwerke würden am effektivsten in Ländern arbeiten, die deutlich sonnenreicher als Deutschland sind, sagt Jacob Schneidewind. Denkbar seien Regionen in Nordafrika oder der Nahe Osten. (amo)