Ingenieure der University of Illinois Chicago haben mit Sonnenenergie und landwirtschaftlichen Abfällen einen besonders energieeffizienten Ansatz zur Wasserstoffproduktion entwickelt. Die Verwertung von Mist oder Schalen könnte zukünftig eine umweltfreundliche Alternative zu bisherigen Methoden der H2-Herstellung bieten.
Forscher sprechen for transformativer Technologie
Wasserstoff gilt als Treibstoff der Zukunft. Allerdings ist die Gewinnung bislang mit viel Energie verbunden. Die US-Forscher begegneten diesem Problem mit sogenannter Biokohle, einer kohlenstoffreichen Substanz. Mit ihr konnten sie den Energiebedarf für die Wasserelektrolyse um bis zu 600 Prozent zu senken. „Wir sind die ersten, die zeigen konnten, dass man Wasserstoff unter Verwendung von Biomasse bei einem Bruchteil einer Volt produzieren kann“, so Meenesh Singh, leitender Forscher des Teams und Associate Professor für Chemieingenieurwesen in einer Mitteilung der Universität. „Das ist eine transformative Technologie.“
Um die Biokohle herzustellen, mischten die Wissenschaftler Schwefelsäure mit landwirtschaftlichen Abfällen, Dung oder Klärschlamm zu einer schlammartigen Masse. Anschließend testeten sie verschiedene Biokohlesorten aus Zuckerrohrbagasse, Hanfabfällen, Papiermüll und Kuhmist in der Elektrolysekammer. Alle fünf Varianten reduzierten den Energiebedarf für die Wasserstoffproduktion erheblich. Der Spitzenreiter, Kuhmist, senkte den Strombedarf sogar um das Sechsfache auf rund ein Fünftel Volt. Das war so gering, dass die Forscher die Reaktion mit einer Standard-Silizium-Solarzelle betreiben konnten, die etwa 15 Milliampere Strom bei 0,5 Volt erzeugt. Das ist weniger als die Strommenge, die eine AA-Batterie erzeugt.
„Es ist sehr effizient, mit einer Umwandlung von fast 35 Prozent der Biokohle und Solarenergie in Wasserstoff“, betont Rohit Chauhan, ein Postdoktorand in Singhs Labor. „Das sind Weltrekordzahlen, die höchsten, die jemals demonstriert wurden.“
Wirtschaft könnte profitieren
Um den Prozess tatsächlich CO2-neutral zu gestalten, muss das bei der Reaktion entstehende Kohlendioxid aufgefangen werden. Singh sieht hierin jedoch auch wirtschaftliche Möglichkeiten, etwa durch die Produktion von reinem CO2 für kohlensäurehaltige Getränke oder die Umwandlung in Ethylen für die Kunststoffherstellung.
„Sie diversifiziert nicht nur die Verwertung von Bioabfällen, sondern ermöglicht auch die saubere Produktion verschiedener Chemikalien, die über Wasserstoff hinausgehen“, kommentiert Co-Autor Nishithan Kani. „Diese billige Art der Wasserstoffherstellung könnte es Landwirten ermöglichen, ihren Energiebedarf selbst zu decken oder neue Einnahmequellen zu erschließen“.
Die Wissenschaftler planen nun, ihre Methode im großen Maßstab zu testen. Gelingt dies, könnte die innovative Technologie Landwirten nicht nur Energieautarkie ermöglichen, sondern auch neue Einnahmequellen durch den Verkauf von Wasserstoff eröffnen.
Die Studie erschien im Fachmagazin Cell Reports Physical Science.