Die Welt bewegt sich auf eine Zukunft zu, die von sauberen, nachhaltigen Energiequellen angetrieben wird. Grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser gewonnen wird, verspricht ein umweltfreundlicher Brennstoff der nächsten Generation zu werden. Ein Durchbruch von Forschern am Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) bietet einen bedeutenden Schritt in diese Richtung, mit der Entwicklung eines leistungsstarken und erschwinglichen Katalysators, der die Effizienz der grünen Wasserstoffproduktion drastisch verbessert.
KRISS hat einen neuartigen Katalysator auf Basis von unedlen Metallen für den Einsatz in der Wasserelektrolyse mit Anionenaustauschmembran (AEM) entwickelt, einer vielversprechenden Technologie für die großtechnische Wasserstoffproduktion. Der Durchbruch von KRISS begegnet der Herausforderung, teure und weniger langlebige Edelmetalle wie Platin und Iridium in AEM-Systemen zu verwenden, was die kommerzielle Machbarkeit von grünem Wasserstoff behindert.
Der Kern der KRISS-Innovation liegt in der spezifischen Zusammensetzung und Struktur ihres Katalysators. Sie kombinierten Molybdändioxid (MoO2), bekannt für seine hohe elektrische Leitfähigkeit, mit Nickel und einer kleinen Menge Ruthenium (Ru). Um das Problem der MoO2-Degradation in alkalischen Umgebungen zu lösen, haben sie strategisch Ruthenium-Nanopartikel, kleiner als 3 Nanometer, eingearbeitet, die eine schützende Schicht bilden, die die MoO2-Degradation verhindert.
Der neue Katalysator zeigt bemerkenswerte Verbesserungen gegenüber bestehenden kommerziellen Materialien. Tests haben eine vierfache Steigerung der Haltbarkeit und eine mehr als sechsfache Steigerung der Aktivität gezeigt. Diese Ergebnisse stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Verbesserung der Effizienz der grünen Wasserstoffproduktion dar.
Darüber hinaus hat der KRISS-Katalysator eine ausgezeichnete Kompatibilität mit erneuerbaren Energiequellen gezeigt. In Kombination mit einer Perovskit-Silizium-Tandem-Solarzelle erreichte er einen beeindruckenden Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff von 22,8 %. Diese Kompatibilität ist entscheidend für eine wirklich nachhaltige grüne Wasserstoffproduktion, da sie die direkte Integration von erneuerbaren Energiequellen in den Prozess ermöglicht.
Ein weiterer bedeutender Vorteil des neuen Katalysators ist seine Fähigkeit, in Salzwasser effektiv zu funktionieren. Dies eröffnet die Möglichkeit, Meerwasser für die grüne Wasserstoffproduktion zu verwenden, wodurch der Bedarf an kostspieligen Entsalzungsprozessen entfällt. "Derzeit erfordert die Produktion von grünem Wasserstoff gereinigtes Wasser, aber die Verwendung von echtem Meerwasser könnte die mit der Entsalzung verbundenen Kosten erheblich senken", erklärt Dr. Sun Hwa Park, leitender Forscher in der Gruppe für die Metrologie neuartiger Materialien am KRISS.
Diese bahnbrechende Forschung war eine gemeinsame Anstrengung der Gruppe für die Metrologie neuartiger Materialien am KRISS, des Teams von Professor Ho Won Jang an der Seoul National University und des Teams von Dr. Sung Mook Choi am Korea Institute of Materials Science. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Applied Catalysis B: Environmental and Energy veröffentlicht und unterstreichen die Bedeutung dieses Fortschritts im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik.
Die Entwicklung dieses leistungsstarken und kostengünstigen Katalysators durch KRISS-Forscher stellt einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu einer grünen Wasserstoffwirtschaft dar. Durch die Bewältigung der Herausforderungen der Katalysatorhaltbarkeit und -kosten bringt diese Innovation die Kommerzialisierung von grünem Wasserstoff deutlich näher. Das Potenzial der Meerwasser-Elektrolyse erhöht die Attraktivität dieser Technologie weiter und verspricht eine Zukunft, in der sauberer, nachhaltiger Wasserstoffbrennstoff eine zentrale Rolle bei der Deckung des globalen Energiebedarfs spielt.