In den USA sollen Brennstoffzellen-Autos ab 2015 mehr Verbreitung finden. Noch wird der nötige Wasserstoff oft aus Erdgas gewonnen, was ökologisch nicht ideal ist. Eine Alternative bietet die Wasserelektrolyse, die bislang aber viel Strom oder Edelmetalle als Katalysator erfordert hat. Das ist bei dieser Neuentwicklung nicht der Fall.
Ohne Platin oder Iridium
«Mit Nickel und Eisen, die billige Materialien sind, konnten wir ausreichend aktive Elektrokatalysatoren machen, um Wasser bei Raumtemperatur mit einer 1,5-Volt-Batterie aufzuspalten», so Hongjie Dai, Chemieprofessor in Stanford. Bei so geringer Spannung funktioniere die Elektrolyse normalerweise nur mit Materialien wie Platin oder Iridium.
Kein Erdgas mehr nötig
Wasserstoff-Brennstoffzellen werden als mögliche Alternative zum Verbrennungsmotor gehandelt. Toyota und Honda beispielsweise wollen ab 2015 mit entsprechenden Fahrzeugen den US-Markt erobern.
Elektrolyse bei geringer Spannung /
Doch die industrielle Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas verbraucht viel Energie und setzt CO2 frei.
Daher sind die Wissenschaftler bestrebt, eine günstige, effiziente Wasser-Elektrolyse zu ermöglichen. Hier ist dem Stanford-Team ein unerwarteter Durchbruch gelungen. «Als wir festgestellt haben, dass ein nickelbasierter Katalysator so effektiv ist wie Platin, war das eine echte Überraschung», sagt Dai.
Milliardeneinsparungen
Die entscheidende Entdeckung ist dem Doktoranden Ming Gong geungen. Er hat festgestellt, dass eine kombinierte Nickelmetall-Nickeloxid-Struktur viel aktiver ist als das Metall allein oder pures Nickeloxid. Das macht eine Wasserspaltung mit viel geringerer Spannung möglich. Der Forscher glaubt, dass es damit möglich sein wird, bei den Stromkosten kommerzieller Wasserstoffgewinnung Milliardenbeträge einzusparen.
Allerdings muss die Neuentwicklung noch haltbarer gemacht werden, damit ein Elektrolyseur wochen- oder monatelang durchlaufen kann. Dieses Ziel ist laut Gong aber realistisch. Der Ansatz ist dem Team zufolge zudem auf die Gewinnung der industriell wichtigen Chemikalien Chlorgas und Ätznatron übertragbar.
