Elektrode auf Kohlenstoffbasis zur Wasserstoff-Produktion

Forschungsergebnisse der Heumann-Gruppe als Cover-Feature in ChemSusChem

25. August 2020

Die Gruppe 'Kohlenstoff Synthese und Anwendung' unter der Leitung von Saskia Heumann am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion hat kürzlich Forschungsergebnisse veröffentlicht, die zeigen, dass es möglich ist, metallfreie Elektroden zu bauen, die bei der Gewinnung von grünem Wasserstoff eingesetzt werden können. Eine wichtige Rolle dabei spielt aus Biomasse gewonnener Kohlenstoff.

Wasserstoff, wenn er aus nicht-fossilen Quellen hergestellt wird, ist der emissionsfreie Kraftstoff der Zukunft. Die Vergasung von Biomasse oder die Elektrolyse von Wasser sind mögliche saubere Wege, um diesen sogenannten grünen Wasserstoff zu gewinnen. Für eine globale Anwendung muss das Material für die Elektroden des Elektrolyseurs nachhaltig, skalierbar und im Vergleich zu den derzeitigen Elektroden auf Edelmetallbasis kostengünstiger sein. Eine Schlüsselanforderung an nachhaltige und grüne Energiesysteme ist darüber hinaus auch, dass alle schädlichen oder seltenen Ressourcen, die in dem Gewinnungs- und Umwandlungsprozess verwendet werden, Teil eines geschlossenen Materialkreislaufs sein müssen.

In der aktuellen Arbeit der Heumann-Gruppe 'Kohlenstoff Synthese und Anwendung' wird eine Elektrode auf Kohlenstoffbasis zur Wasserstoffproduktion vorgestellt, die Teil eines geschlossenen Materialkreislaufs sein kann, wenn sie aus Biomasse hergestellt wird. Die kontinuierliche Wasserstoffproduktion findet an der Kathode durch katalytische Wasserspaltung während der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) statt, wobei bewusst die Zersetzung der Elektrode in CO2 analog zum Prozess der natürlichen Zersetzung von Biomasse ermöglicht wird. Diese Strategie einer Opferelektrode könnte eine skalierbare und kostengünstige Materiallösung für die Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energiequellen bieten. Yuxiao Ding et al. demonstrierten die theoretische und technische Machbarkeit der Verwendung von Kohlenstoff zur Herstellung von Wasserstoff. Darüber hinaus zeigt die Autorenschaft, dass chemische Modifikationen die Leistungsmerkmale gegenüber dem katalytischen Prozess weiter verbessern können. In Kombination mit Strom aus erneuerbaren Quellen bietet diese Idee eine echte Option für zukünftige Energiesysteme.

Die Bedeutung dieser Forschungsergebnisse wurde von der Redaktion der Zeitschrift ChemSusChem anerkannt und daher als "Cover Feature" der aktuellen Ausgabe (16/2020) hervorgehoben 

Zur Redakteursansicht