Forschende aus Ulm und Jena haben einen bahnbrechenden Fortschritt in der Energiegewinnung erzielt. Sie entwickelten ein neues Material, das in der Lage ist, Sonnenlicht in Wasserstoff umzuwandeln – und das sogar bei Dunkelheit. Dieser revolutionäre Ansatz könnte die Energiewende entscheidend unterstützen, da grüner Wasserstoff als Schlüsselressource angesehen wird. Die Ergebnisse dieser Studie wurden kürzlich im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
Das neue Material basiert auf einem wasserlöslichen, Redox-aktiven Copolymer mit starker Redox-Aktivität. Es ist in der Lage, Sonnenenergie über mehrere Tage zu speichern und Wasserstoff „auf Knopfdruck“ abzugeben. Laut Professor Sven Rau von der Universität Ulm kombiniert das Material die Eigenschaften von Solarzellen und Batterien auf molekularer Ebene. Das System weist eine Ladeeffizienz von über 80 Prozent auf, mit einem Wirkungsgrad von 72 Prozent bei der Wasserstoffabgabe.
Reversibler Prozess und industrielle Anwendungen
Besonders bemerkenswert ist, dass der Prozess zur Wasserstofferzeugung unabhängig von Sonnenlicht abläuft. Das System kann mittels Neutralisation des pH-Werts zurückgesetzt und erneut aufgeladen werden, was eine flexible Nutzung der Energiequellen ermöglicht. Bei der Entladung zeigt sich ein Farbumschlag von violett zu gelb, während die Rückkehr zu violett bei der Beladung erfolgt. Dieses Projekt, das die Polymer-Chemie und Photokatalyse verbindet, hat das Potenzial für industrielle Anwendungen, beispielsweise in der klimaneutralen Stahlproduktion.
Das Forschungsprojekt ist Teil des Sonderforschungsbereichs TRR/SFB 234 „CataLight“, welcher von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit über zwölf Millionen Euro gefördert wird und in den Jahren 2023 bis 2026 tätig ist. Zu den Projektpartnern zählen die Universität Wien, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung und das Leibniz-Institut für Photonische Technologien.
Ein weiterer innovativer Ansatz zur Wasserstoffproduktion kommt von der Chalmers University of Technology in Schweden. Hier gelang es den Forschern, Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht ohne den Einsatz teurer Platin-Katalysatoren zu erzeugen. Diese Photokatalyse hat sich bisher unter anderem wegen der hohen Kosten und der Seltenheit von Platin als heikel erwiesen. Die schwedischen Forscher entwickelten winzige Partikel aus leitfähigem Kunststoff. Mit nur 1 Gramm dieses Polymer-Materials lassen sich etwa 3 Liter Wasserstoff pro Stunde produzieren, was die Effizienz erheblich steigert.
Skalierbare Methoden und die Zukunft von grünem Wasserstoff
Zusätzlich haben bayreuther Forschende eine Methode zur direkten Gewinnung von grünem Wasserstoff aus Meerwasser unter Verwendung eines Nickel-Photokatalysators entwickelt. Dieser Katalysator ist nicht nur chloridresistent, sondern auch unempfindlich gegenüber anderen Bestandteilen des Meerwassers. Diese Eigenschaften ermöglichen eine skalierbare und nachhaltige Wasserstoffproduktion. Solche photokatalytischen Verfahren gelten als vielversprechende Alternative zur herkömmlichen Elektrolyse, die in der Regel große Mengen regenerativen Stroms benötigt und kostenintensiv ist.
Die Nachfrage nach grünem Wasserstoff wächst rasant, da verschiedene Sektoren auf emissionsfreie Energieträger angewiesen sind. Bisher dominierte die Elektrolyse, doch die neuen Verfahren, die ohne Opferreagenzien oder Co-Katalysatoren auskommen, könnten die Produktionskosten senken und die Effizienz steigern. Der Fortschritt in der Wasserstoffforschung wird als wichtiger Schritt für den Aufbau einer kohlenstofffreien Wasserstoffwirtschaft angesehen.