Kupfer-Eisen-Kat macht grünen Wasserstoff billig

Neuer Fotokatalysator im Test an der Rice University (Foto: Brandon Martin, rice.edu)

Houston (pte002/30.11.2022/06:05) - Mit einem neuen Verfahren machen Forscher der Rice University ( https://www.rice.edu ) die Umwandlung von grünem Ammoniak in grünen Wasserstoff kostengünstiger. Davon könnte auch Deutschlands erstes Terminal profitieren, das nach dem Willen der Bundesregierung in Hamburg gebaut werden soll, um grünes Ammoniak zu importieren. Rice-Wissenschaftler Naomi Halas und Peter Nordlander haben mit ihrem Team einen ungewöhnlichen Katalysator entwickelt, der das Ammoniak-Molekül spaltet, das aus drei Wasserstoff- und einem Stickstoffatom besteht. Der resultierende Wasserstoff wird energetisch genutzt, der Stickstoff in die Atmosphäre entlassen. Das Klima wird dadurch nicht belastet, weil Luft zu 78 Prozent aus Stickstoff besteht.

Licht ersetzt Wärme

Im Gegensatz zu herkömmlichen Katalysatoren ist für die Spaltung des Moleküls keine Wärme nötig. Die Energie stammt aus Sonnenlicht oder Leuchtdioden. Das Tempo chemischer Reaktionen nimmt mit der Temperatur zu. Die chemische Industrie nutzt dieses Phänomen seit mehr als einem Jahrhundert. Dazu ist die Verbrennung von großen Mengen fossiler Brennstoffe nötig, um die Temperatur in große Reaktoren um hunderte oder mehr als 1.000 Grad Celsius zu erhöhen. Das bedeutet hohe CO2-Emissionen.

Der neue Katalysator besteht aus Kupfer und Eisen, zwei Materialien, die nur mäßige katalytische Wirkung entfalten. Liegen sie allerdings als nanofeine Pulver vor und werden mit Licht aktiviert, sind sie zu Höchstleistungen fähig. "In Abwesenheit von Licht zeigt der Kupfer-Eisen-Katalysator eine etwa 300 Mal geringere Reaktivität als Kupfer-Ruthenium-Katalysatoren", sagt Hossein Robatjazi, der zum Team gehörte und heute Chefwissenschaftler bei Syzygy Plasmonics ( https://plasmonics.tech ), ein Spezialist für neuartige Katalysatoren, ist.

Verzicht auf Ruthenium

Unter Beleuchtung zeigt der Kupfer-Eisen-Katalysator Wirkungsgrade und Reaktivitäten, die denen von Kupfer-Ruthenium ähnlich sind, heißt es. Der entscheidende Unterschied: Der Verzicht auf Ruthenium reduziert die Kosten drastisch. "Jetzt ist es möglich, bei Katalysatoren auf teure Edelmetalle zu verzichten", freut sich Halas. Allerdings müsse das Verfahren noch hochskaliert werden. Bisher liege die Ausbeute bei der Spaltung im Grammbereich.

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