Ruthenium könnte Wasserstoffproduktion kostengünstiger machen

Internationales Forscherteam entwickelt Katalysator, der ohne das Edelmetall Iridium auskommt.

Grüner Wasserstoff ist in aller Munde – der nachhaltige Energieträger wird als Schlüsselelement zur Dekarbonisierung der Industrie gesehen. Er gilt als klimaneutral, weil er unter Einsatz von Ökostrom durch Elektrolyse, also der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, hergestellt wird. Je nach Elektrolyseverfahren kommen dabei verschiedene Rohstoffe zum Einsatz, besonders häufig Edelmetalle. Iridium etwa spielt als Katalysator eine wichtige Rolle für die sogenannte PEM-Elektrolyse (aus dem Englischen, proton exchange membrane oder polymer electrolyte membrane), die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Noch aber gilt das Verfahren nicht als wirtschaftlich – ein Grund sind die hohen Kosten und die extreme Seltenheit von Iridium.

Die Arbeit eines internationalen Forscherteams könnte das ändern. Beschrieben wird das Verfahren in Nature Materials: Auf der Suche nach einem geeigneten Ersatz für Iridium setzen die Wissenschaftler das weitaus häufiger vorkommende und günstigere Edelmetall Ruthenium ein. In Reinform zeigte es sich allerdings als zu kurzlebig bei der Wasserelektrolyse, daher wurde Rutheniumdioxid mit Nickel dotiert, einem weiteren vergleichsweise preiswerten Material. Der so hergestellte Katalysator erwies sich im Praxistest als äußerst produktiv und stabil: Mehr als tausend Stunden lang erzeugte er unter Umgebungsbedingungen Wasserstoff.

Mit Nickel dotiertes Ruthenium erwies sich als robuster Katalysator zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die an der Rice University entwickelte Anode soll das teure Iridium in industriellen Katalysatoren ersetzen. Foto: Jeff Fitlow

Das Team möchte die Methode nun weiter verbessern und in industrielle Prozesse einbinden, denn die bisherige Stromdichte ermögliche noch keine ausreichend effiziente Wasserstofferzeugung. Haotian Wang von der Rice University, einer der beteiligten Forscher, schätzt den Bedarf als dringend ein: Selbst das gesamte weltweit produzierte Iridium reiche nicht aus, um die benötigte Menge an Wasserstoff herzustellen. Da in den nächsten Jahren ein starker Nachfrageanstieg erwartet wird, könnte es nach Ansicht des Beratungsunternehmens Wood Mackenzie zu Versorgungsengpässen kommen, was den Boom der Grünen Wasserstofftechnologie vermutlich dämpfen würde.  Neue Katalysatoren sind also gefragt, die mit weniger oder sogar ganz ohne das Edelmetall auskommen. 

Auch spannend: Ebenfalls an der Rice University wurde ein umweltfreundliches und effizientes Verfahren entwickelt, um wertvolle Seltene Erden aus Elektroschrott und industriellen Rückständen zu recyceln.

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