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pte20211014004 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Wasserstoff aus harnstoffhaltigem Abwasser

Wissenschaftler aus Asien bauen innovative Katalysatoren für eine kostengünstige Produktion


So entstehen die hühnereiartigen Katalysatoren (Grafik: GDCH)
So entstehen die hühnereiartigen Katalysatoren (Grafik: GDCH)

Daejeon/Xinxiang/Singapur (pte004/14.10.2021/06:15) - Aus den Abwässern bestimmter Industrien und Sanitäranlagen lässt sich per Elektrolyse Wasserstoff herstellen. Der Energieaufwand ist geringer als bei der Spaltung von Wasser. Auch würde die Umwelt weniger belastet - heute fließen jährlich rund 2.200 Mrd. Tonnen harnstoffhaltiges Abwasser in Kläranlagen und dort, wo diese fehlen, direkt in Flüsse und Seen. Bisher fehlte es an kostengünstigen Katalysatoren, was Forscher am Institute for Basic Science (IBS) http://ibs.re.kr/eng.do und der Henan Normal University http://www.htu.edu.cn sowie der Nanyang Technological University http://www.ntu.edu.sg nun gelöst haben.

Rhodium-Atome auf Kobaltoxid

IBS-Doktorand Ashwani Kumar setzt auf Rhodium-Einzelatome, die er auf Kobaltoxid platziert, das unter Spannung steht. Diese Oberflächenspannung verbessert das Katalyseverfahren drastisch, sodass mit weniger Energie mehr Wasserstoff produziert wird. Die Einsparung liegt bei 16,1 Prozent im Vergleich zur Spaltung von Wasser.

"Damit kommen wir einen Schritt näher an eine kohlenstofffreie und energiesparende Wasserstoffwirtschaft heran", sagt IBS-Physiker Hyoyoung Lee. "Dieser hocheffiziente Katalysator für die Harnstoffoxidation wird uns helfen, hochreinen Wasserstoff für kommerzielle Anwendungen zu einem niedrigen Preis und auf umweltfreundliche Weise herzustellen." Der Kobaltbedarf ist gering, da der Katalysator langlebig ist.

Katalysator wie Hühnerei aufgebaut

Das Team aus China und Singapur setzt dagegen auf ein neuartiges kostengünstiges multifunktionales Material auf der Basis von Kobalt und Nickel. Ausgangsmaterial sind Nanokügelchen aus Kobalt-Nickel-Glycerat. In einer kombinierten Reaktion mit Schwefel und Phosphor entstehen daraus sogenannte Dotter/Schale-Nanopartikel aus Phosphor-dotiertem Kobalt-Nickel-Sulfid.

Es handelt sich dabei um winzige Kügelchen mit einem kompakten Kern und einer porösen Hülle, zwischen denen sich ein Leerraum befindet - ähnlich einem Ei, dessen Dotter von Eiweiß umhüllt ist und daher die Schale nicht berührt. Die neuen bimetallischen Dotter/Schale-Partikel sind den meisten bekannten Nickel-Sulfid- und sogar Edelmetall-basierten Elektrokatalysatoren überlegen und stellen einen interessanten Ansatz für die elektrochemische Wasserstoff-Produktion, aber auch für die Behandlung harnstoffhaltiger Abwässer, dar.

(Ende)
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