Wasserstoff gilt nicht nur als sicherer, umweltfreundlicher Treibstoff, der Fahrzeuge oder Brennstoffzellenflugzeuge antreiben könnte, sondern auch als gute Möglichkeit, überschüssige Energien aus erneuerbaren Quellen zwischenzuspeichern. Bisher sind die Elektrolyseverfahren, mit denen Wasserstoff gewonnen wird, allerdings auf sauberes Trinkwasser angewiesen, das eine knappe Ressource ist. Ein neuartiges Elektrolysesystem ermöglicht die Wasserspaltung nun auch mit ungereinigtem Meerwasser – und das bei ähnlicher Effizienz wie die Anlagen mit gereinigtem Trinkwasser.


Foto: H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney

Elektrolyse mit Meerwasser

Die Tatsache, dass aktuelle Elektrolyseanlagen nur mit Trinkwasser funktionieren, ist ein Problem. „ Wenn man die Wasserspaltung nutzen würde, um einen substanziellen Anteil der weltweiten Energie zu speichern, würde dies daher zu erheblichen Problemen im Wassernachschub führen„, so. Yun Kuang von der Stanford University. Eine offenkundige Lösung wäre es, Meerwasser für die Elektrolyse zu nutzen, von dem es auf der Erde mehr als genug gibt. Allerdings führt das salzige Meerwasser an den Elektroden der Elektrolysesystemen schnell zu Korrosion. Innerhalb weniger Stunden werden sie wirkungslos. Je höher die angelegte Spannung, desto schneller läuft der Prozess ab.

Kuang und seine Kollegen jedoch haben ein System entwickelt, dessen Elektroden dem Salzwasser auch bei hohen Spannungen widerstehen kann. Dabei setzen die Forscher auf eine spezielle Beschichtung für die Anode, deren Elektrode aus einem mit einer Schicht Nickelsulfid umhüllten Nickelschaum besteht. Auf die Nickelsulfid-Schicht trugen die Forscher wiederum eine Hülle aus Nickel-Eisen-Hydroxid auf.


Während der Elektrolyse entsteht aus dem Nickelsulfid eine Schutzschicht aus negativ geladenen Sulfat- und Carbonatmolekülen, die die Chloridionen aus dem Salzwasser abstößt, ohne die Funktion der Elektrode zu beeinflussen. „ Diese in situ erzeugten passivierenden Schichten sind für die hohe Resistenz gegenüber der Korrosion verantwortlich„, erklärt das Team.

Elektroden können einfach ersetzt werden

Erste Tests mit Meerwasser belegen, dass die Forscher erfolgreich waren. „Unser System arbeitete kontinuierlich mehr als tausend Stunden lang ohne offensichtliche Zerfallserscheinungen„, so die Forscher. Dies funktioniere auch, wenn in dem System höhere Spannungen anliegen.

Die Forscher betrieben ihr System mit unterschiedlichen Spannungen. Sie begannen mit einer Spannung von 2,12 Volt und einer Stromdichte von 400 Milliampere pro Quadratzentimeter und setzten den Versuch dann mit 2.75 Milliampere und 2,75 Volt fort. Dabei blieb an eine an die Elektrolysezelle gekoppelte Solarzelle stabil. „ Das beindruckende daran war, dass wir damit in Spannungsbereichen gearbeitet haben, die bei klassischen Systemen heute üblich sind. Bei der Spaltung von Meerwasser jedoch könnten wir damit einen Spannungsrekord aufgestellt haben„, so Michael Kenney, der an der Studie beteiligt war.

Der Wirkungsgrad der solargetriebenen Wasserstoffproduktion lag bei 11,9 Prozent, so die Forscher. Dieser Wert ist vergleichbar mit Systemen, die mit gereinigtem Wasser arbeiten. „ Das gibt uns die Chance, die gewaltigen Meerwasser-Ressourcen der Erde als Energieträger zu nutzen„, so die Forscher.

Laut dem Team ist der entwickelte Prototyp leicht zu skalieren. Die Elektroden seien problemlos in Masse produzierbar und können die Süßwasser-Elektroden in bestehenden Systemen einfach ersetzen, sodass nicht komplett neue Anlagen produziert werden müssten.

via Stanford University

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1 Kommentar

  1. Vedder

    24. März 2019 at 10:46

    Diese Tatsachen zeigen klar und deutlich warum SonnenEnergie der bessere Weg ist. Weltweite Energie liefert die Sonne und das Sonnenlicht. Diese Energie ist kostenlos, sicher, jeden Tag vorhanden und überall in der Welt! Wasserstoff ist sehr gefährlich, muss hergestellt werden und kostet immer Geld. Mit Wasserstoff bleibt eine ewige explosive Anlieferung und Abhängigkeit erhalten.

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