Wasserstoff aus harnstoffhaltigem Abwasser
Wissenschaftler aus Asien bauen innovative Katalysatoren für eine kostengünstige Produktion
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So entstehen die hühnereiartigen Katalysatoren (Grafik: GDCH) |
Daejeon/Xinxiang/Singapur (pte004/14.10.2021/06:15)
Aus den harnstoffhaltigen Abwässern bestimmter Industrien und Sanitäranlagen lässt sich per Elektrolyse Wasserstoff herstellen. Der Energieaufwand ist deutlich geringer als bei der Spaltung von Wasser. Außerdem würde die Umwelt weniger belastet – heute fließen jährlich rund 2.200 Milliarden Tonnen harnstoffhaltiges Abwasser in Kläranlagen und, wo diese fehlen, direkt in Flüsse und Seen. Bisher fehlte es allerdings an kostengünstigen Katalysatoren. Diese Lücke haben Forscher am Institute for Basic Science https://www.ibs.re.kr/eng.do (IBS) im südkoreanischen Daejeon und, unabhängig davon ein Team an der Henan Normal University https://www.htu.edu.cn/english/ im chinesischen Xinxiang und der Nanyang Technological University https://www.ntu.edu.sg/ in Singapur geschlossen.
[b]Rhodium-Atome auf Kobaltoxid[/b]
Der IBS- Doktorand Ashwani Kumar setzt auf Rhodium-Einzelatome, die er auf Kobaltoxid platziert, das unter Spannung steht. Diese Oberflächenspannung verbesserte das Katalyseverfahren drastisch, sodass mit weniger Energie mehr Wasserstoff produziert wurde. 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.
[b]Katalysator ist wie ein Hühnerei aufgebaut[/b]
Das Team aus China und Singapur setzt dagegen auf ein neuartiges kostengünstiges multifunktionales Material auf der Basis von Kobalt (Co) und Nickel (Ni). Ausgangsmaterial sind Nanokügelchen aus Kobalt-Nickel-Glycerat (Glycerat ist das Salz der Glycerinsäure). In einer kombinierten Reaktion mit Schwefel und Phosphor entstehen daraus so genannte 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 Harnstoff-haltiger Abwässer dar.
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