12.05.2020 - Technische Universität Berlin

Salzwasser statt Trinkwasser

Elektrolyse von Meerwasser könnte neuen Schub für Wasserstoff als Energieträger liefern

Wasserstoff als Energieträger könnte ein wesentlicher Eckpfeiler einer neuen, CO2-neutralen Energieversorgung werden. Idealerweise wird die dafür notwendige Elektrolyse von Wasser durch erneuerbare Energiequellen wie Sonne, Wasser, Geothermie oder Wind angetrieben. Der heutige Stand der Technik erfordert für diese Art der Elektrolyse allerdings Wasser in Trinkwasserqualität – ein global immer teureres Gut. Gemeinsam mit internationalen Kollegen hat Prof. Dr. Peter Strasser, Leiter des Fachgebiets Technische Chemie an der TU Berlin, jetzt eine Studie über die Möglichkeiten und technischen Herausforderungen der Elektrolyse von Salzwasser in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht.

Wasserstoff, gewonnen aus der solarbetriebenen Elektrolyse von Wasser, bietet sich als CO2-neutrale sowie speicher- und transportierbare Energiequelle gerade für aride, wasserarme Gegenden der Welt an. Das für die Elektrolyse benötigte Wasser in Trinkwasserqualität ist allerdings eine weltweit kostbare Ressource. Gerade aride Gegenden, die potenziell über ausreichend Solarenergie verfügen, liegen oft in der Nähe von Ozeanen, leiden aber in der Regel unter einem eklatanten Mangel an Frischwasser. Die Aufreinigung von Salzwasser wiederum ist ein kosten- und CO2-intensiver Prozess, womit das Verfahren unwirtschaftlich und vor allem auch nicht mehr klimaneutral ist.

„Um den Einsatz von Solar- und Wasserstofftechnologie gerade in diesen Regionen zu ermöglichen, versuchen Forscher*innen weltweit eine Elektrolyse-Technologie zu entwickeln, die in der Lage ist, Salzwasser unmittelbar in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, ohne einen vorherigen Entsalzungsschritt“, weiß Peter Strasser, dessen eigenes Forschungsteam an der TU Berlin sich intensiv mit unterschiedlichen Verfahren und Katalysatoren für die Wasserstoff-Elektrolyse beschäftigt. „Der so gewonnene Wasserstoff könnte anschließend direkt in Form von Flüssigwasserstoff, aber auch nach weiterer lokaler Umwandlung in synthetisches Flüssigmethan oder synthetisches Benzin auf Schiffen oder in Rohrleitungen in die ganze Welt transportiert werden und damit die Umstellung auf eine wasserstoffbasierte Energieinfrastruktur erleichtern“, so der Wissenschaftler.

Peter Strasser und seinen Kollegen der National University of Ireland Galway und der University of Liverpool analysierten sämtliche internationale Veröffentlichungen, die über eine erfolgreiche Elektrolyse von Salzwasser berichten. Damit gelang es ihnen, die wichtigsten Herausforderungen aufzudecken, die bewältigt werden müssen, um diese zukünftige Form der Elektrolyse konkurrenzfähig zu machen. „Nach unserer Analyse müsste sich künftige Forschung zum einen auf die Verwendung von neuartigen Katalysatormaterialien, aber auch geeigneter Membrane konzentrieren. Die üblicherweise in der Elektrolyse verwendeten Membrane sind häufig nicht in der Lage, die Salzverunreinigungen des Wassers zu blockieren“, so der Chemiker. Ein potenziell interessanter Ansatz ist dabei unter anderem die Verwendung von Membranen, die den Membranen in bestimmten Pflanzen wie Mangrovenwurzeln nachempfunden sind. Diese Pflanzenmembrane können Meerwasser filtern. Bei einem Einsatz ähnlicher Membrane in der technischen Elektrolyse könnte die Salzkonzentration auf der Oberfläche der katalytischen Elektroden verringert und Membranverschmutzungen reduziert werden.

„Im Rahmen unserer Studie haben wir gezeigt, dass die Entwicklung neuer selektiver Katalysatoren und spezieller Membrantechnologie wichtige Schritte hin zu einer Hochleistungs-Salzwasser-Elektrolyse sind und zukünftig stärker beforscht werden sollten“, so Peter Strasser. „Die Verwendung von Frischwasser zur Erzeugung von Wasserstoff in großen Mengen wird nach unserer Ansicht auf Dauer keine praktikable Option bleiben, vor allem nicht in den ariden Gebieten, in denen der größte Teil des billigen Solarstroms erzeugt wird", summiert der Wissenschaftler.

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    Dr.-Ing. Henriette Nowothnick

    Jg. 1980, studierte Chemie an der Technischen Universität Berlin. Sie promovierte 2010 in der Arbeitsgruppe von Prof. R. Schomäcker über die Reaktionsführung der Suzuki-Kupplung in Mikro­emulsionen mit dem Ziel des Katalysator Re-using und der Produktisolierung. 2011 bis 2012 arbeitete sie ... mehr

    Dipl. Ing. Sonja Jost

    Jg. 1980, studierte Wirtschafts­ingenieurwesen / Technische Chemie an der Technischen Universität Berlin. Von 2006 bis 2011 erhielt sie verschiedene Forschungsstipendien im Bereich der homogenen chiralen Katalyse. 2011 bis 2012 war sie Projektleiterin eines Drittmittelprojekts zum Thema „Ka ... mehr

    Prof. Dr. Vera Meyer

    Vera Meyer, geb. 1970, studierte Biotechnologie an der Universität ­Sofia und der Technischen Universität Berlin, wo sie 2001 promovierte. Nach Forschungs- aufenthalten am Imperial College London und der Universität Leiden habilitierte sie 2008 an der Technischen Universität Berlin. Von 200 ... mehr