Forscher haben eine billigere und energieeffizientere Methode entwickelt, um Wasserstoff direkt aus Meerwasser herzustellen, ein entscheidender Schritt hin zu einer wirklich lebensfähigen Industrie für grünen Wasserstoff.
Die neue Methode von Forschern der RMIT-Universität spaltet das Meerwasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff auf und überspringt die Notwendigkeit einer Entsalzung und die damit verbundenen Kosten, den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen.
Wasserstoff wird seit langem als sauberer Brennstoff der Zukunft und als potenzielle Lösung für kritische Energieherausforderungen angepriesen, insbesondere für Branchen, die schwerer zu dekarbonisieren sind, wie Fertigung, Luftfahrt und Schifffahrt.
Fast der gesamte Wasserstoff der Welt stammt derzeit aus fossilen Brennstoffen, und seine Produktion ist für rund 830 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr verantwortlich*, was den jährlichen Emissionen des Vereinigten Königreichs und Indonesiens zusammen entspricht.
Aber emissionsfreier „grüner“ Wasserstoff, der durch Spaltung von Wasser hergestellt wird, ist so teuer, dass er kommerziell weitgehend unrentabel ist und nur 1 % der gesamten Wasserstoffproduktion weltweit ausmacht.
Der leitende Forscher Dr. Nasir Mahmood, Senior Research Fellow des Vizekanzlers am RMIT, sagte, dass die Produktionsprozesse für grünen Wasserstoff sowohl kostspielig seien als auch auf frisches oder entsalztes Wasser angewiesen seien.
„Wir wissen, dass Wasserstoff als saubere Energiequelle ein immenses Potenzial hat, insbesondere für die vielen Industrien, die nicht einfach auf erneuerbare Energien umsteigen können“, sagte Mahmood.
„Aber um wirklich nachhaltig zu sein, muss der von uns verwendete Wasserstoff über den gesamten Produktionslebenszyklus zu 100 % kohlenstofffrei sein und darf nicht die wertvollen Süßwasserreserven der Welt beeinträchtigen.
„Unsere Methode zur Herstellung von Wasserstoff direkt aus Meerwasser ist einfach, skalierbar und weitaus kostengünstiger als jeder derzeit auf dem Markt befindliche grüne Wasserstoffansatz.
„Mit der weiteren Entwicklung hoffen wir, dass dies die Etablierung einer florierenden Industrie für grünen Wasserstoff in Australien vorantreiben könnte.“
Für die neue Methode wurde eine vorläufige Patentanmeldung eingereicht, die in einer im Wiley-Journal veröffentlichten Laborstudie detailliert beschrieben wird. Klein.
Den Unterschied teilen: ein Katalysator für Meerwasser
Um grünen Wasserstoff herzustellen, wird ein Elektrolyseur verwendet, um elektrischen Strom durch Wasser zu schicken, um es in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.
Diese Elektrolyseure verwenden derzeit teure Katalysatoren und verbrauchen viel Energie und Wasser – für die Herstellung von einem Kilogramm Wasserstoff können etwa neun Liter benötigt werden. Sie haben auch einen giftigen Ausstoß: kein Kohlendioxid, sondern Chlor.
„Die größte Hürde bei der Verwendung von Meerwasser ist das Chlor, das als Nebenprodukt produziert werden kann. Wenn wir den weltweiten Wasserstoffbedarf decken würden, ohne dieses Problem zuerst zu lösen, würden wir jedes Jahr 240 Millionen Tonnen Chlor pro Jahr produzieren – – das ist das Drei- bis Vierfache dessen, was die Welt an Chlor benötigt. Es macht keinen Sinn, aus fossilen Brennstoffen hergestellten Wasserstoff durch eine Wasserstoffproduktion zu ersetzen, die unsere Umwelt auf andere Weise schädigen könnte“, sagte Mahmood.
„Unser Verfahren verzichtet nicht nur auf Kohlendioxid, sondern hat auch keine Chlorproduktion.“
Der neue Ansatz, der von einem Team der multidisziplinären Forschungsgruppe Materialien für saubere Energie und Umwelt (MC2E) am RMIT entwickelt wurde, verwendet einen speziellen Katalysatortyp, der speziell für die Arbeit mit Meerwasser entwickelt wurde.
Die Studie mit dem Doktoranden Suraj Loomba konzentrierte sich auf die Herstellung hocheffizienter, stabiler Katalysatoren, die kostengünstig hergestellt werden können.
„Diese neuen Katalysatoren benötigen sehr wenig Energie zum Betrieb und könnten bei Raumtemperatur verwendet werden“, sagte Mahmood.
„Während andere experimentelle Katalysatoren für die Meerwasserspaltung entwickelt wurden, sind sie komplex und schwer zu skalieren.
„Unser Ansatz konzentrierte sich darauf, die innere Chemie der Katalysatoren durch eine einfache Methode zu verändern, wodurch sie relativ einfach in großem Maßstab hergestellt werden können, sodass sie leicht im industriellen Maßstab synthetisiert werden können“, sagte Loomba.
Mahmood sagte, die Technologie verspreche, die Kosten von Elektrolyseuren erheblich zu senken – genug, um das Ziel der australischen Regierung für die Produktion von grünem Wasserstoff von 2 $/Kilogramm zu erreichen, um es mit Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen konkurrenzfähig zu machen.
Die Forscher am RMIT arbeiten mit Industriepartnern zusammen, um Aspekte dieser Technologie zu entwickeln.
Die nächste Stufe der Forschung ist die Entwicklung eines Prototyp-Elektrolyseurs, der eine Reihe von Katalysatoren kombiniert, um große Mengen Wasserstoff zu produzieren.