Forscher entwickeln Material für viel günstigeren grünen Wasserstoff

Forscher der Oregon State University haben eine neue Materialklasse entwickelt, die Wasser mithilfe von Licht in Wasserstoff aufspalten kann. Das Verfahren könnte die Kosten, die mit der klassischen Elektrolyse bisher verbunden sind, deutlich senken.

MOFs im Einsatz

Geleitet wurde die Forschungsarbeit von Kyriakos Stylianou vom College of Science der Oregon State University. Sein Team setzte dabei auf Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs). Diese kristallinen und porösen Materialien lassen sich chemisch vergleichsweise präzise an bestimmte Anwendungen anpassen. Theoretisch sind Millionen verschiedener MOF-Strukturen möglich, von denen bislang knapp 100.000 tatsächlich hergestellt wurden.

Für ihre Experimente konzentrierten sich die Wissenschaftler auf eine Verbindung namens BVR-19. Entscheidend ist dabei eine ungewöhnliche Bindung zwischen zwei Schwefelatomen. Wird das Material mit Licht bestrahlt, kann diese Bindung vorübergehend aufbrechen. Dabei entstehen besonders reaktive Schwefelverbindungen, die Elektronen aufnehmen und weiterleiten können. Diese Energie wird anschließend genutzt, um Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen.


Der Ansatz unterscheidet sich damit von vielen bisherigen Photokatalysatoren. Nicht die Metallatome des Materials übernehmen hauptsächlich die entscheidende Funktion, sondern die schwefelhaltigen organischen Bestandteile. Dadurch kommt BVR-19 ohne einen zusätzlichen, teuren Metallkatalysator aus. Das könnte den Aufbau kommender Anlagen zur lichtgetriebenen Wasserstoffproduktion vereinfachen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Herstellung des Materials: BVR-19 bildet sich in wässriger Lösung bei Raumtemperatur von selbst. Für seine Produktion ist damit vergleichsweise wenig zusätzliche Energie erforderlich.

Deutlich billiger

Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht. Die Forscher sehen in ihrer Arbeit vor allem einen möglichen Beitrag zur Senkung der Kosten für grünen Wasserstoff. Heute wird Wasserstoff noch überwiegend durch Dampfreformierung von Erdgas hergestellt, wobei Kohlendioxid entsteht. Die Herstellung von Wasserstoff durch Wasserspaltung mit erneuerbarer Energie gilt zwar als klimafreundlicher, ist mit derzeit rund fünf Dollar (etwa vier Euro) pro Kilogramm aber deutlich teurer als die konventionelle Produktion mit etwa 1,50 Dollar (etwa ein Euro).

Laut Stylianou liefert die Untersuchung zudem neue Regeln für die Entwicklung effizienterer Materialien. Durch gezielte Veränderungen an den Metallbestandteilen wollen die Forscher zukünftig herausfinden, welche MOF-Strukturen sich besonders gut für die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie eignen.

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