Die Sonne Wasser spalten lassen

Neue Materialien sollen Wasserspaltung effizienter machen

18.10.2011 - Deutschland

Die nachhaltige Produktion von Wasserstoff aus nicht-fossilen Quellen ist für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft dringend nötig. Wenn wir Wasserstoff nachhaltig produzieren, speichern und in Brennstoffzellen effizient umsetzen könnten, ginge ein technologischer Traum in Erfüllung. Bis dahin müssen aber noch sehr viele höchst komplexe materialwissenschaftliche Probleme gelöst werden. Ingenieure und Chemiker arbeiten mit diesem Ziel im Materials Research Department der RUB zusammen. Sie berichten in RUBIN Werkstoff-Engineering, der aktuellen Sonderausgabe von RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum.

Lange haltbar bei Licht und Nässe

Zur Wasserstoffherstellung aus Wasser braucht man elektrische Energie. Nutzt man Strom, der aus fossilen Quellen stammt, ist nicht viel gewonnen. Eine bessere Möglichkeit ist die photoelektrokatalytische Spaltung von Wasser, die bereits vor ca. 40 Jahren erstmals beschrieben wurde. Hier ist Licht die treibende Kraft. Die Methode funktioniert aber nur dann effizient, wenn man die richtigen Materialien findet. So wird zum Beispiel ein Halbleiter gebraucht, der auf lange Sicht sowohl Licht standhält als auch ständiger Nässe, und der darüber hinaus möglichst viel UV-Licht nutzt. Die so genannte Bandlücke des Halbleiters muss exakt so groß sein, dass das Licht die Elektronen ausreichend anregt, damit sie ins Leitungsband wechseln. Außerdem werden Katalysatoren gebraucht, um die Wasserspaltung energiesparend ablaufen zu lassen. Diese Materialien suchen Chemiker und Ingenieure der RUB gemeinsam.

Materialbibliotheken untersuchen

Sie nutzen dafür Materialbibliotheken: Drei oder mehr Ausgangsmaterialien werden als keilförmige Schichten auf ein Trägermaterial abgeschieden. An jedem Punkt des Trägers findet man eine unverwechselbare Mischung. Mit Hochdurchsatzmethoden kann man jeden Punkt des Trägers auf seine photokatalytischen Eigenschaften untersuchen. So lassen sich viel versprechende Materialien aus der Vielzahl möglicher Kombinationen herausfinden, die man dann genauer erforscht. Erste Ergebnisse haben z.B. gezeigt, dass es bei Halbleitern für die photoelektrokatalytische Wasserspaltung auf die optimale Schichtdicke ankommt.

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