Grüner Wasserstoff aus der Luft
Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger der Energiewende – er soll als Kraftstoff für Flugzeuge, Schiffe und Lastwagen zum Einsatz kommen, als Rohstoff für die Industrie oder als Brennstoff für Heizungen. Wird er mit erneuerbarer Energie aus Wasser erzeugt, ist die Herstellung sogar fast klimaneutral. Allerdings gibt es in besonders sonnen- oder windreichen Regionen häufig nicht genügend Wasser für die Elektrolyse. Eine Forschungsgruppe um den chemischen Ingenieur Gang Kevin Li von der University of Melbourne hat deswegen einen Prototyp entwickelt, der feuchte Luft aufnehmen, ihr das Wasser entziehen und es direkt in die beiden Gase Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten kann. Das Prinzip stellt sie in der aktuellen Ausgabe von »Nature Communications« vor.
Um die Kohlenstoffdioxidemissionen in der Industrie zu verringern, ist Wasserstoff (H2) enorm wichtig. Wird er verbrannt, entsteht lediglich Wasser. Bei der besonders energieintensiven Stahlproduktion soll Wasserstoff eines Tages Kohle ersetzen. Bestimmte Prozesse in der Chemieindustrie können nur mit grünem Wasserstoff klimaschonend gestaltet werden. Und auch Gaskraftwerke sollen zukünftig mit H2 betrieben werden. Zwar ist Wasserstoff das häufigste chemische Element im Universum. Auf der Erde kommt er aber fast ausschließlich gebunden in Form von Wasser vor.
Existierende großtechnische Anlagen für die Elektrolyse erfordern häufig komplexe Materialkomponenten, seltene Metalle und den Zugang zu reinem Süßwasser. Das kann zu einer Konkurrenz um die in manchen Teilen der Erde ohnehin schon begrenzten Trinkwasservorräte führen. Diese Faktoren treiben die Kosten für die Wasserstoffherstellung in die Höhe und schränken eine breite Anwendung bislang ein.
Gang Kevin Li und seine Kollegen wollen dieses Problem umgehen und auf Wasservorräte zugreifen, die sich selbst in den trockensten Gegenden dieser Erde, wie in der Sahara-Wüste oder im australischen Outback, finden lassen. »Zu jedem Zeitpunkt befinden sich 12,9 Billionen Tonnen Wasser in der Luft«, schreiben die Wissenschaftler, »universell verfügbar und unerschöpflich.« Es brauche lediglich effiziente Systeme, um darauf zugreifen zu können. Dass das möglich ist, haben sie nun gezeigt. Bis zu einer minimalen relativen Luftfeuchte von vier Prozent lässt sich mit dieser so genannten »direct air electrolysis« (DAE) noch Wasserstoff erzeugen.
Kernstück ihrer Elektrolysezelle ist eine mit Schwefelsäure getränkte poröse Substanz, die einerseits als Elektrolyt dient und andererseits der Umgebungsluft die Feuchtigkeit entzieht. Als Elektrodenmaterial nutzten die Forscher Platin. Ihr Modul betrieben sie mit Solarenergie und testeten es zwölf Tage am Stück je acht Stunden lang. Den Wasserstoff fingen sie auf, den Sauerstoff ließen sie entweichen. So kamen sie auf eine Produktionsmenge von durchschnittlich 93 Litern reinem Wasserstoff pro Stunde und Quadratmeter des Kathodenmaterials.
Die Autoren schreiben zwar, dass ihre Elektrolyseure skalierbar sind, äußern sich jedoch weder zu den Kosten noch zu den möglichen Umweltauswirkungen ihrer Technologie.