Wasserstoff-Katalysator ohne seltenes Iridium ist absehbar

Wasserstoff entwickelt sich zu einem der wichtigsten Rohstoffe der Energiewende. Seine Herstellung in Elektrolyseuren ist aber an ein seltenes Metall geknüpft. Noch. Spanische Forscher haben jetzt eine breit verfügbare Alternative gefunden.

Bedarf ist groß

In der Vergangenheit wurde Wasserstoff vor allem aus Prozessen gewonnen, bei denen fossile Kohlenwasserstoffe - vor allem Erdgas - eine entscheidende Rolle spielen. Inzwischen lässt sich dank Wasserelektrolyse mit Protonenaustauschmembranen (PEM) aber auch grüner Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad herstellen.

Das Problem dabei: Die Aufspaltung des Wassermoleküls in Sauerstoff und Wasserstoff sorgt an den Katalysatoren für eine saure Umgebung. Der niedrige pH-Wert führt dazu, dass viele Metalle daher nicht dauerhaft stabil bleiben. Aktuell besteht die einzige bekannte Lösung darin, Iridium zu verwenden - denn das Metall ist ein guter Katalysator für die Spaltung der Wassermoleküle. Es ist aber auch seltener als Gold oder Platin, was die Sache entsprechend teuer macht.


Weil zukünftig ein massiver Bedarf an möglichst preiswerten Elektrolyseuren in hoher Stückzahl besteht, wird intensiv nach einer billigeren und leichter verfügbaren Alternative gesucht. Ein gemeinsames Forschungsprojekt mehrerer spanischer Institute hat nun einen Lösungsansatz gefunden. "Wir haben ein neues Material entwickelt, das die Bestandteile der Reaktion (Wasser und seine Fragmente) aktiv in seine Struktur einbezieht", erklärt Teamleiter F. Pelayo García de Arquer.

Wasser im Gitter

Konkret arbeitete man mit Kobalt-Wolfram-Oxid. Kobalt wurde zuvor schon einmal verworfen, weil es nicht stabil genug war. Es zeigte sich aber, dass der Elektrolyse-Prozess das Wolfram-Oxid aus der Verbindung löst und die entstehenden Leerstellen in der Gitterstruktur durch Wassermoleküle ersetzt werden. Die Anodenelektrode erwies sich zumindest im Vergleich als sehr stabil.

Der Katalysator arbeitete mehr als 600 Stunden lang. Das ist zwar ein großer Fortschritt, aber noch weit entfernt von den handelsüblichen PEM-Elektrolyseuren mit Iridium. Die Forscher sind nun aber motiviert, ihre Arbeit voranzutreiben. "Wir werden das gesamte Periodensystem durchgehen, falls nötig", erklärte Garcia de Arquer.


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