27.07.2021 - University of Illinois at Urbana-Champaign

Eine neue Forschungskooperation zwischen den USA und Deutschland zur effizienteren Produktion von grünem Wasserstoff

Internationales Forschungsprojekt mit NSF-DFG-Forschungszuschuss ausgezeichnet

Im Rahmen eines neuen Förderprogramms haben die U.S. National Science Foundation (NSF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) der University of Illinois Urbana-Champaign und der Technischen Universität Darmstadt einen dreijährigen Forschungszuschuss in Höhe von 720.000 Dollar (500.000 Dollar von der NSF) gewährt, um Möglichkeiten zur effizienteren Herstellung von grünem Wasserstoff, einer sauberen und erneuerbaren Energiequelle, zu erforschen.

Dieses Projekt ist eines der ersten, das von der NSF-DFG Lead Agency Activity in Electrosynthesis and Electrocatalysis (NSF-DFG EChem) unterstützt wird. Dabei handelt es sich um ein internationales Projekt, das die Zusammenarbeit zwischen US-Forschenden und ihren deutschen Kollegen bei ingenieurwissenschaftlichen Projekten zur Erforschung und Entwicklung neuartiger und grundlegender elektrochemischer Reaktionen fördert. Das neue Projekt versammelt ein multidisziplinäres Team unter den Professoren Hong Yang und Nicola Perry von der UIUC und Professor Andreas Klein von der TU Darmstadt.

"Unsere Gesellschaft macht große Fortschritte auf dem Weg in eine Zukunft, die von erneuerbaren Energien angetrieben wird", so der Leiter des Projekts, Hong Yang, Richard C. Alkire Chair Professor of Chemical & Biomolecular Engineering an der UIUC. "Mit grünem Wasserstoff können Autos und Lastkraftwagen betrieben werden oder er kann als Grundstoff für die industrielle Fertigung verwendet werden – aber es gibt noch viel zu tun, um sicherzustellen, dass die Produktion von grünem Wasserstoff rentabel und skalierbar ist."

Grüner Wasserstoff wird durch die Spaltung von Wassermolekülen mittels eines sogenannten Elektrolyseurs hergestellt, der elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen nutzt – aber dieser Prozess erfordert derzeit viel Energie und ist noch nicht kosteneffektiv.

Das neu geförderte Forschungsprojekt zielt darauf ab, durch ingenieurwissenschaftliches Verständnis neuer Klassen von Elektrokatalysatoren wie Pyrochloren die Effizienz und Stabilität der Elektrolyse zur Wasserspaltung zu erhöhen.

Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen. Das Forschungsteam wird modernste Techniken einsetzen, um die komplexen Oberflächen- und Volumenstrukturen aufzudecken, die die Katalysatorleistung und die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen. Ziel ist es, die spezifische Chemie – bis hinunter auf die atomare Ebene – zu identifizieren, die die reaktivsten und stabilsten Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung erzeugt.

Letztlich werden bessere Katalysatoren benötigt, um den Stromverbrauch zu reduzieren und die Stabilitätsanforderungen zu erfüllen, um grünen Wasserstoff zu geringeren Kosten zu produzieren.

"Unser Team führt verschiedene Methoden und fachspezifische Ansätze zusammen, die in der Kombination das Potenzial haben, einzigartige Erkenntnisse für die Entwicklung praktikabler grüner Wasserstoffkatalysatoren zu liefern", so die Ko-Projektleiterin Nicola Perry, Professorin für Materials Science and Engineering an der UIUC. "Dieses interdisziplinäre und internationale kollaborative Umfeld wird auch einen reichhaltigen, prägenden Rahmen für die Ausbildung von Studenten in der Forschung bieten."

Perry wird die Entwicklung von Dünnschicht-Katalysatoren als Modellplattform leiten, die grundlegende Erkenntnisse ermöglicht. Sie wird weiterhin die Analyse der Defektchemie betreuen. Die Defektchemie befasst sich mit der Untersuchung von aktiven Anomalien auf atomarer Ebene unter dynamischen Betriebsbedingungen und deren Auswirkungen auf die Katalysatorleistung. Perry und Yang sind auch Mitglieder des Materials Research Lab, wo ein Teil dieser Arbeiten stattfinden wird.

Andreas Klein, Professor für Material- und Geowissenschaften an der TU Darmstadt, wird einen neuen Rahmen entwickeln, um die Oberflächenstrukturen mit Hilfe der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) unter realistischen Bedingungen zu untersuchen.

"Es wird erwartet, dass Wasserstoff eine wichtige Rolle für kohlenstoffneutrale Technologie spielen wird", sagt Yang. "Ich freue mich darauf, dabei zu helfen, nachhaltige Technologien zur Herstellung von grünem Wasserstoff zu entwickeln, um Autos zu betreiben und eines Tages auch unsere Gesellschaft insgesamt zu versorgen."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über UIUC
Mehr über TU Darmstadt
  • News

    Innovativer Sensor spürt Moleküle gezielt und genau auf

    Einen neuartigen Sensor für Gasmoleküle haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Dazu haben sie einen Graphen-Transistor mit einer maßgeschneiderten metallorganischen Beschichtung kombiniert. Der innovative Sensor ... mehr

    Atome in Keramik mechanisch einprägen

    Elektrokeramiken wie zum Beispiel Kondensatoren sind essentielle Bestandteile von elektronischen Geräten. Greift man in ihren kristallinen Aufbau ein, können Eigenschaften gezielt verändert werden. So lassen sich zum Beispiel durch chemische Methoden einzelne Atome im Kristallgitter durch a ... mehr

    Transparente Sicht auf Atombausteine durch inverse Kinematik

    Mit inverser Kinematik, der eleganten Umkehrung einer etablierten Forschungsmethode, und der Wahl der richtigen Messbedingungen stellte ein internationales Team einen Weg für die detaillierte Untersuchung der Eigenschaften der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung im Atomkern vor. Das Experiment w ... mehr

  • q&more Artikel

    Einsichten

    Eigentlich ist die Brennstoffzellentechnik schon „ein alter Hut“. Die erste Brennstoffzelle wurde von Sir William Grove 1839 entwickelt, der erste Brennstoffzellenstapel bereits 1842 der Öffentlichkeit präsentiert. Trotzdem verstaubte das innovative elektrochemische Konzept vorerst in der S ... mehr

    Makromolekulare Schlingpflanzen

    Eine Kurve, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, wird als ­(zylindrische) Helix bezeichnet. Ihre Bildung kann man sich als eine Überlagerung einer Trans­lations- mit einer Rotations­bewegung vorstellen, wobei bei gleich bleibendem Rotationssinn ein Wechsel ... mehr

    Kohlenstoff in 1-D, 2-D und 3-D

    Das Element Kohlenstoff sorgt wie kein anderes ­Element des Periodensystems der Elemente seit­ ­nunmehr als 25 Jahren in regelmäßigen Abständen für intensive Forschungsaktivitäten. War es Mitte der 80er-Jahre die Entdeckung der gezielten Synthese der sphärischen Allotrope des Kohlenstoffs, ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Katja Schmitz

    Katja Schmitz, geb. 1978, studierte Chemie in Bonn und Oxford und fertigte nach dem Diplom­abschluss 2002 ihre Promotion über Peptide, Peptoide und Oligoamine als molekulare Transporter in der Arbeitsgruppe von Ute Schepers im Arbeitskreis von Konrad Sandhoff an der Universität Bonn an. 200 ... mehr

    Constantin Voss

    Constantin Voss, geb. 1985, studierte Chemie an der Technischen Universität Darmstadt mit dem Abschluss Diplom-Ingenieur. Seine Diplomarbeit mit dem Titel „Synthese von funktionali­sierten Distyrylpyridazinen für die Fluoreszenz­diagnostik“ fertigte er 2011 im Arbeitskreis Prof. Boris Schmi ... mehr

    Prof. Dr. Boris Schmidt

    Boris Schmidt, geb. 1962, studierte Chemie an der Universität Hannover und am Imperial College in London. Nach seiner Promotion 1991 an der Universität Hannover lehrte er bis 1994 am Uppsala Biomedical Centre und forschte zwischenzeitlich als DFG-Stipendiat im Rahmen eines Post-Doc-Aufentha ... mehr