10.01.2013

Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse

Französische Forscher haben ein neues Material entwickelt, das als Katalysator für die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse eingesetzt werden kann. Dieses Material auf Kobaltbasis könnte den heutigen Platinkatalysator ersetzen und damit die Elektrolysekosten drastisch senken.

Derzeit ist die industrielle Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse aufgrund der hohen Kosten nicht möglich. Das Edelmetall Platin galt bislang als der einzige leistungsfähige Katalysator für die Elektrolyse, ist jedoch aufgrund seiner Seltenheit (35-mal seltener als Gold - weniger als 5 µg/kg Erde) sehr teuer. Aus diesem Grund wird Wasserstoff für industrielle Anwendungen aktuell durch die Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen erzeugt, bei der große Mengen an CO2 freigesetzt werden. Wasserstoff gilt heute als vielversprechender Speicher für erneuerbaren Energien, wodurch eine konkurrenzfähige und saubere industrielle Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Das Forscherteam setzt sich aus Wissenschaftlern drei unterschiedlicher Institute der Behörde für Atomenergie und alternative Energien (CEA) zusammen: dem Institut für Materie und Strahlung in Saclay (IRAMIS), dem Innovationslabor für neue Energietechnologien und Nanomaterialien (LITEN) und dem Labor für Elektronik und Informationstechnologien (LETI) in Grenoble. Sie haben für die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse einen Katalysator aus Kobaltsalzen durch elektrochemische Behandlung erzeugt. Kobalt ist viel ergiebiger als Platin und somit deutlich preiswerter.

Die Elektrolyse ist eine Reduktions-Oxydations-Reaktion und benötigt für beide Teilreaktionen Katalysatoren. Das Besondere an diesem neuen Material ist, dass es das einzige ″schaltbare″ Material ist, das nicht aus Edelmetallen besteht. Ein ″schaltbarer″ Katalysator ermöglicht es, die Oxydation an der Anode und die Reduktion an der Kathode zu katalysieren. Zu diesem Zweck wird er in zwei Formen genutzt: in reduzierter Form (als Kobalt-Nanopartikel umgeben von einem Kobalt(II)– Oxophosphat) zur Herstellung von Wasserstoff und in oxydierter Form (als komplexes Kobaltoxid) zur Erzeugung von Sauerstoff. Dieses Kobaltoxid konnte dank der Plattform für Nano-Charakterisierung (PFNC) der CEA in Grenoble vollständig charakterisiert werden.

Dieser neue Kobalt-basierte Katalysator kann also die beiden Teilreaktionen der Elektrolyse katalysieren und würde eine kostengünstigere und umweltfreundliche industrielle Wasserstofferzeugung ermöglichen.

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