Elektrolyseur verwandelt Lebensmittelabfälle in grünen Wasserstoff und Bio-Kunststoff

Forscher:innen der Keele University in Großbritannien haben einen Elektrolyseur entwickelt, der aus Lebensmittelabfällen gleichzeitig grünen Wasserstoff und Ausgangsstoffe für nachhaltige Kunststoffe gewinnt. Dr. Charlie Creissen und Doktorand Lewis Cousins veränderten dafür die Kernreaktion des Geräts grundlegend und erzielten dabei industriell relevante Reaktionsraten. Weltweit verursachen Lebensmittelabfälle acht bis zehn Prozent der Treibhausgasemissionen, während die klassische Kunststoffproduktion jährlich Hunderte Millionen Tonnen Kohlendioxid und erhebliche Mengen Mikroplastik freisetzt. Ein skalierbares Verfahren könnte an beiden Fronten ansetzen und zwei Umweltprobleme gleichzeitig entschärfen.

Membran überflüssig gemacht

Herkömmliche Elektrolyseure spalten Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Sauerstoff entweicht in die Atmosphäre, der Wasserstoff wird gespeichert. Da eine Vermischung beider Gase explosionsgefährlich ist, benötigen die Systeme teure interne Membranen, die zudem schnell verschleißen und viel elektrische Energie zum Antrieb der Reaktion erfordern. Das Team aus Keele umging dieses Problem vollständig. Es führte stattdessen aus Lebensmittelabfällen gewonnene Biomasse-Moleküle in den Prozess ein und veränderte damit die chemische Reaktion an ihrem Kern. Das Gerät produziert dadurch überhaupt keinen Sauerstoff mehr. Ohne Sauerstoff entfällt die Gefahr einer Gasvermischung, und die Forscher:innen konnten die kostspielige Membran vollständig streichen. Die Zellspannung sinkt dadurch bei einer Stromdichte von 500 Milliampere pro Quadratzentimeter auf unter 1,5 Volt.

Grüner Wasserstoff bleibt bislang die Ausnahme

Grüner Wasserstoff macht derzeit weniger als ein Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus. Verantwortlich dafür sind hohe Energiekosten und teure Membranmaterialien, die häufig seltene Metalle wie Iridium oder Platin enthalten. Der Wegfall der Membran senkt sowohl Investitions- als auch Betriebskosten. Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger für die Dekarbonisierung energieintensiver Branchen wie Stahl, Zement und Schifffahrt, die sich nur schwer elektrifizieren lassen. Zusätzlich kann er überschüssigen Solar- und Windstrom über Monate speichern und so zur Stabilisierung von Stromnetzen beitragen. Keele betreibt auf dem eigenen Campus bereits einen Elektrolyseur für grünen Wasserstoff und bringt damit praktische Erfahrung mit der Technologie in die neue Entwicklung ein.

Zwei Probleme, eine Lösung

Auch für die Kunststoffindustrie eröffnet der Ansatz neue Möglichkeiten. Ersetzen Biomasse-Moleküle aus Lebensmittelabfällen die üblichen Erdölderivate, sinken gleichzeitig Deponieabfälle und die Emissionen aus der petrochemischen Kunststoffproduktion. „Diese Forschung ist ein bedeutender Schritt hin zu einer fossilfreien Kunststoffproduktion mit erneuerbarem Strom“, sagt Creissen. Cousins ergänzt, das Design zeige, wie stark die Konfiguration eines Elektrolyseurs dessen Leistung bestimmt, und er hoffe, dass die Arbeit weitere Forschung im Bereich nachhaltiger Verfahrenstechnik anstößt.

via Keele University