Spannende Erfindung macht reinen Wasserstoff aus dem Hahn möglich

Ultrareiner Wasserstoff lässt sich künftig auch aus Leitungswasser gewinnen. Eine neue Methode schützt besonders effiziente, aber empfindliche Elektrolyse-Systeme vor Verunreinigungen und senkt so die Hürde für saubere Wasserstoffproduktion deutlich.

Wasserstoff-Durchbruch: Vom Hahn in den Tank

Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle in vielen Zukunftsplänen für eine saubere Energieversorgung - etwa als Treibstoff für Busse und Lkw oder als Energiespeicher für Strom aus Wind und Sonne. Um ihn klimaneutral zu gewinnen, wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Zwei Verfahren haben sich dabei etabliert: Die alkalische Elektrolyse ist technisch erprobt, günstig und verträgt normales Wasser, liefert aber nur Wasserstoff mit begrenzter Reinheit.

Deutlich effizienter und sauberer arbeitet die PEM-Elektrolyse, bei der eine spezielle Membran ausschließlich Protonen durchlässt und so hochreinen Wasserstoff erzeugt. Ihr großer Nachteil: Sie benötigt ultrareines Wasser - schon geringe Mengen an Fremdionen führen zu Ablagerungen, Membranschäden und einem frühen Ausfall der Anlage. Genau dieses Problem hat ein Forschungsteam jetzt erstmals technisch überbrückt.


Ein Team aus China zeigt nun, wie sich PEM-Elektrolyse auch mit verunreinigtem Wasser stabil betreiben lässt - ohne dass die Technik frühzeitig ausfällt. Möglich wird das durch eine gezielte Veränderung der chemischen Umgebung direkt an der Elektrodenoberfläche.

Code für reinen Wasserstoff

Konkret setzen die Forscher auf eine fein dosierte Ansäuerung im Inneren der Anlage. Dafür ergänzten sie das Platin-Kohlenstoff-Katalysatormaterial mit MoO₃₋ₓ - einem sogenannten Brønsted-sauren Oxid. Dieser Zusatz schafft ein saures Mikromilieu im Katalysatorbereich, das die empfindliche Membran vor Ionenbelastung schützt. Schematische Darstellung des verbesserten PEM-Verfahrens Warum reines Wasser für PEM bisher nötig war?

In Tests stabil

Wie gut die Methode funktioniert, zeigt ein Langzeittest unter realistischen Bedingungen: Über 3.000 Stunden - das entspricht gut vier Monaten Dauerbetrieb - lief das System stabil mit normalem Leitungswasser. Dabei wurde eine Stromdichte von 1,0 Ampere pro Quadratzentimeter erreicht - ein Wert, der bei professionellen Elektrolyseanlagen als industrietauglich gilt. Normalerweise bricht die Leistung bei solchen Bedingungen schnell ein, wenn das Wasser nicht vorher aufwendig gereinigt wurde.

Die Studie wurde im Fachjournal Nature Energy veröffentlicht. Zur Überprüfung der pH-Regulation nutzte das Team eine Kombination aus Ultramikro-pH-Elektroden und Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) - einem bildgebenden Verfahren, das chemische Vorgänge direkt an der Elektrodenoberfläche sichtbar macht.

Die pH-Elektrode wurde mit mikrometergenauer Positionierung in die Nähe der Katalysatorschicht gebracht, um den lokalen Säuregrad während des Betriebs präzise zu messen. So konnte das Team in Echtzeit beobachten, wie sich das saure Mikromilieu unter verschiedenen Strombelastungen verhielt - und zeigen, dass es selbst unter Volllast stabil bleibt.


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