Wasserstoff aus Meerwasser gewinnen

Grüner Wasserstoff ist grundlegend für klimaneutrale Treibstoffe und Prozesse. Um ihn herzustellen, spaltet man Wasser in seine Bestandteile – Sauerstoff und Wasserstoff – auf. Dies erfordert neben Wind- und Solarstrom möglichst sauberes Wasser. An Letzterem mangelt es aber gerade in den Wüstenregionen, aus denen viel Wasserstoff importiert werden soll – wie etwa in Namibia oder Australien. Wasserstoff stattdessen direkt aus salzigem Meerwasser herzustellen, würde dieses Problem lösen. Dies gelang Forschern nun so effizient wie noch nie, wie sie in der Zeitschrift „Nature Energy“ berichten.

Um Wasser in seine Bestandteile zu spalten, nutzt man die sogenannte Elektrolyse. Mittels einer Spannung zwischen zwei Elektroden im Wasser lassen sich die Wassermoleküle in geladene Ionen spalten und an den Elektroden entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Doch für Meerwasser ist der Prozess komplizierter, denn es enthält viel Salz – und genau das erschwert die Elektrolyse. Besonders der hohe Anteil an Chloridionen aus dem Meersalz verringert die Ausbeute an Wasserstoff. Denn diese Ionen bewegen sich zur positiv geladenen Elektrode und blockieren diese für Hydroxylionen aus den aufgespaltenen Wassermolekülen.

Das lässt sich zwar verhindern, indem man dem salzigen Wasser große Mengen an Kaliumhydroxid beimischt. Doch dadurch wird es teurer und aufwendiger, Wasserstoff zu gewinnen. Daher konzipierten Tao Ling von der chinesischen Tianjin-Universität und seine Kollegen eine spezielle Elektrolyse, die auch für Meerwasser, also Wasser mit vielen Chloridionen, gut funktioniert.

Die Forscher fertigten dazu eine spezielle Elektrode mit einer hauchdünnen Schicht aus Chromoxid an. An diesem festen Chromoxid lagern sich Hydroxylionen sehr viel einfacher und häufiger als Chloridionen an. Dadurch wirkt sich der hohe Chloridanteil im Meerwasser nicht mehr negativ auf die Spaltung der Wassermoleküle aus und die Elektrolyse von Wasser läuft wieder verstärkt ab.

In einem Prototyp erwies sich diese optimierte Elektrolyse als verblüffend effizient: Bis zu 40 Liter Wasserstoffgas pro Stunde stellten die Forscher so her. Hierzu verwendeten sie normales Meerwasser, das sie zuvor lediglich mit einem Filter grob gereinigt hatten. Durch die Schicht aus Chromoxid auf den Elektroden lässt sich Meerwasser nun ähnlich effizient in Wasserstoff und Sauerstoff spalten wie gereinigtes und salzarmes Trinkwasser. Bisher gelang dies jedoch nur im Labormaßstab und für eine Laufzeit von gut 100 Stunden. In weiteren Schritten gilt es nun, dieses Verfahren auf größere Anlagen zu skalieren und die Langzeitstabilität weiter zu steigern.