Aus Müll und Licht: Neue Methode erzeugt Wasserstoff viel schlauer

Sonnenlicht, Silizium und Zuckerrohrreste: Eine neue Technik aus Südkorea produziert Wasserstoff ohne zusätzliche Stromzufuhr - viel effizienter wie bisherige Verfahren und vollkommen frei von CO₂-Emissionen, die während des Prozesses entstehen.

Wasserstoff aus Licht und Zuckerrohr-Abfall

Wasserstoff gilt als Energieträger mit hoher Dichte und ohne CO₂-Emissionen beim Verbrennen. Das Problem: Die Produktion erfolgt meist mit fossilen Energien - der überwiegende Anteil des weltweit produzierten Wasserstoffs entsteht durch Erdgas, dabei wird viel CO₂ freigesetzt. Forscher der UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology in Südkorea) haben nun eine Methode entwickelt, die Sonnenlicht und Zuckerrohrabfälle für eine elektrochemische Produktion nutzt - ohne externe Stromzufuhr.

Im Zentrum steht eine photoelektrochemische Zelle (PEC), die mit kristallinem Silizium als Fotoelektrode arbeitet. Kristallines Silizium kann besonders viele elektrische Ladungen aus Sonnenlicht erzeugen, liefert aber nur eine geringe Spannung von 0,6 Volt. Für die herkömmliche Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff werden jedoch über 1,6 Volt benötigt. Diese Lücke schließt das neue Verfahren, indem es anstelle der üblichen Wasseroxidation den Stoff Furfural verwendet, der aus Zuckerrohrabfällen stammt. Die photoelektrochemische Zelle (PEC) der Forscher

Diese Technik erreicht eine Produktionsrate, die viermal höher liegt als der kommerzielle Standard

Furfural lässt sich bereits bei niedrigeren Spannungen in Furoinsäure umwandeln - ein Prozess, bei dem gleichzeitig Wasserstoff entsteht. An der Gegenelektrode, einem Silizium-Element, wird zusätzlich Wasser in Wasserstoff zerlegt. So findet die Wasserstoffgewinnung an beiden Seiten der Zelle statt. Die gemessene Produktionsrate: 1,4 Millimol Wasserstoff pro Quadratzentimeter und Stunde. Zum Vergleich: 0,36 Millimol gilt als Schwelle für die wirtschaftliche Nutzung (Benchmark des US Department of Energy).

Mehrere Vorteile

Der Vorteil liegt nicht nur in der Ausbeute. Das gesamte System arbeitet ohne externe Energiequelle, allein durch Sonnenlicht. Der Aufbau der Reaktionszelle spielt dabei eine zentrale Rolle: Ein sogenannter "Interdigitated Back Contact" - eine strukturierte Rückseite der Siliziumelektrode - reduziert Spannungsverluste im Material. Zusätzlich schützt eine Ummantelung aus Nickel und Glas das System dauerhaft vor Korrosion durch das flüssige Reaktionsmedium.

Die in Nature veröffentlichte Studie wurde von einem Team der UNIST unter Leitung von Seungho Cho und Kwanyong Seo entwickelt. Dass dabei keine externe Spannung nötig ist und gleichzeitig Biomasse genutzt wird, markiert einen klaren Fortschritt gegenüber bisherigen PEC-Systemen. Für eine breite Anwendung sind nun wie immer zwei Faktoren entscheiden: belastbare Langzeitdaten und Skalierbarkeit über das Labor hinaus.


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