Forscher des Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory und der Stanford University haben zum ersten Mal gezeigt, dass ein billiger Katalysator Wasser spalten und stundenlang Wasserstoffgas in der rauen Umgebung eines kommerziellen Gerätes erzeugen kann.
Bisher hält sich ja in Europa die Mär, Wasserstoff sei im großem Maßstab nicht kostengünstig herstellbar, was neueste Forschungen aus Israel und den USA widerlegen, wie hier auf GLOCALIST fortgesetzt berichtet wird. Nun ist neuerlich der Gegenbeweis da. Es zeigt auch einmal mehr, dass man der Frage des Umweltschutzes oder Klimawandel mit Innovation entgegentreten kann und keine Verbotskultur und Umbau der Gesellschaft in einen sozialistischen Alptraum braucht und auch nicht die Abschaffung des Kapitalismus.
Die Elektrolyseur-Technologie, die auf einer Polymerelektrolytmembran (PEM) basiert, hat das Potenzial für eine groß angelegte Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energien, wurde aber zum Teil durch die hohen Kosten der Edelmetallkatalysatoren wie Platin und Iridium gebremst, die zur Steigerung der Effizienz der chemischen Reaktionen benötigt werden.
“Wasserstoffgas ist eine massiv wichtige Industriechemikalie unter anderem zur Herstellung von Treibstoff und Düngemitteln”, sagt Thomas Jaramillo, Direktor des SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, der das Forschungsteam leitete. “Es ist auch ein sauberes, energiereiches Molekül, das in Brennstoffzellen oder zur Speicherung von Energie aus variablen Energiequellen wie Sonne und Wind verwendet werden kann. Aber der größte Teil des heute produzierten Wasserstoffs wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen, was den CO2-Gehalt in der Atmosphäre erhöht. Wir brauchen eine kostengünstige Methode, um sie mit sauberer Energie zu produzieren.” Vom teuren Metall bis hin zu billigen, reichlich vorhandenen Materialien, mit anderen Worten.
Im Laufe der Jahre wurde intensiv daran gearbeitet, Alternativen zu Edelmetallkatalysatoren für PEM-Systeme zu entwickeln. Viele haben sich im Labor bewährt, aber Jaramillo sagte, dass dies nach seinem Wissen das erste Mal ist, dass sie eine hohe Leistung in einem kommerziellen Elektrolyseur unter Beweis stellen.
Das Gerät wurde von einem Forschungsstandort und einer Fabrik in Connecticut für Nel Hydrogen, dem weltweit ältesten und größten Hersteller von Elektrolysegeräten, hergestellt.
Die Elektrolyse funktioniert ähnlich wie eine Batterie im Rückwärtsgang: Anstatt Strom zu erzeugen, spaltet er mit Hilfe von elektrischem Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Reaktionen, die Wasserstoff und Sauerstoffgas erzeugen, finden an verschiedenen Elektroden mit unterschiedlichen Edelmetallkatalysatoren statt.
In diesem Fall ersetzte das Nel Hydrogen-Team den Platinkatalysator auf der wasserstofferzeugenden Seite durch einen Katalysator aus Kobalt-Phosphid-Nanopartikeln, die auf Kohlenstoff abgeschieden wurden, um ein feines Schwarzpulver zu bilden, das von den Forschern am SLAC und Stanford produziert wurde. Wie andere Katalysatoren bringt er andere Chemikalien zusammen und ermutigt sie zur Reaktion.
Der Kobalt-Phosphid-Katalysator funktionierte während der gesamten Testdauer, mehr als 1.700 Stunden – ein Hinweis darauf, dass er für den täglichen Gebrauch bei Reaktionen, die bei erhöhten Temperaturen, Drücken und Stromdichten und unter extrem sauren Bedingungen über längere Zeiträume stattfinden können, sehr widerstandsfähig genug sein könnte, sagte McKenzie Hubert, ein Doktorand in der Gruppe von Jaramillo, der die Experimente mit Laurie King leitete, einem SUNCAT-Forschungsingenieur, der inzwischen an der Fakultät der Manchester Metropolitan University aufgenommen wurde.
Eines der wichtigsten Elemente der Studie war die Skalierung der Produktion des Kobalt-Phosphid-Katalysators bei gleichzeitiger Gleichmäßigkeit – ein Prozess, bei dem das Ausgangsmaterial auf der Laborbank synthetisiert, mit Mörser und Pistill gemahlen, in einem Ofen gebacken und schließlich das feine Schwarzpulver in eine Tinte umgewandelt wurde, die auf poröse Kohlepapierblätter gesprüht werden konnte. Die dabei entstehenden großformatigen Elektroden wurden für die Wasserstoffproduktionstests in den Elektrolyseur geladen.
Erzeugung von Wasserstoffgas im Maßstab 1:1
Während die Entwicklung des Elektrolyseurs vom Verteidigungsministerium finanziert wurde, das an der sauerstofferzeugenden Seite der Elektrolyse für den Einsatz in U-Booten interessiert ist, sagte Jaramillo, dass die Arbeit auch mit den Zielen der H2@Scale Initiative von DOE übereinstimmt, die DOE-Labore und Industrie zusammenbringt, um die kostengünstige Produktion, den Transport, die Lagerung und die Nutzung von Wasserstoff für eine Reihe von Anwendungen voranzutreiben. Die grundlegende Katalysatorforschung wurde vom DOE Office of Science finanziert.
Quelle/Sender: SLAC
VonNaftali/מנפּתלי/ByNaftali 