Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Schutzschirm gegen Sauerstoff

04.08.2014

Brennstoffzellen auf Basis von Biokatalysatoren werden möglich
RESOLV: Forscher aus Bochum und Mülheim berichten in NATURE Chemistry

Bei der Entwicklung von Brennstoffzellen setzten Generationen von Wissenschaftlern und Ingenieuren auf Katalysatoren auf Edelmetallbasis. Sie sind zwar effizient und stabil, aber leider auch teuer und nur in geringen Mengen verfügbar.


Das Redoxhydrogel wirkt wie ein Schutzschirm vor Sauerstoff.

Abbildung: RESOLV

Wissenschaftler des Zentrums für Elektrochemie – CES an der Ruhr-Universität Bochum und des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr haben jetzt ein innovatives Konzept entwickelt, um kostengünstigere Biokatalysatoren einzusetzen.

Ein Puffer schützt die Katalysatoren dabei vor den lebensfeindlichen Bedingungen in der Brennstoffzelle, die bisher ihre Nutzung unmöglich gemacht hat. Die Forscher berichten in der aktuellen Ausgabe von NATURE Chemistry.

Hydrogenasen: Eine Alternative zu Platin?

Biokatalysatoren für die Wasserstoffherstellung – so genannte Hydrogenasen – kommen auch in der Natur vor. Sie entwickelten sich ausschließlich aus Elementen, die lebenden Organismen zur Verfügung standen, das heißt ohne Edelmetalle. 

Es entstanden komplexe Hydrogenasen, die ausschließlich gut verfügbare Elemente nutzen, wie Nickel oder Eisen. Die effizientesten Hydrogenasen erreichen die Umsatzrate von Platin, wobei die benötigten Elemente nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehen.

„Damit sind Hydrogenasen möglichweise eine interessante Alternative zu Edelmetallen“, sagt Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann (Lehrstuhl für Analytische Chemie der RUB). Allerdings können Hydrogenasen nicht unter den Bedingungen in einer Brennstoffzelle arbeiten. Spuren von Sauerstoff sowie hohe elektrische Potenziale führen zu ihrer Deaktivierung.

Redoxhydrogele: Schutzschild für effiziente aber sensitive Katalysatoren

Das Team in Bochum und Mülheim entwickelte eine neue Strategie, um empfindliche Katalysatoren trotzdem in Brennstoffzellen betreiben zu können. Die Schlüsselidee dabei ist die Abschirmung des Katalysators durch eine schützende Matrix, deren Eigenschaften spezifisch so entwickelt wurden, dass sie den Deaktivierungsprozess unterbindet. Anstatt nun die Hydrogenase direkt mit der Elektrode in Kontakt zu bringen, soll die Fixierung in einem Redoxhydrogel das Konstrukt schützen. Es ist so beschaffen, dass es gleichzeitig Redoxpuffer und Sauerstofffänger ist. Dadurch wirken in dem Hydrogelfilm weder hohe Potentiale noch Sauerstoff auf den Biokatalysator ein. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen kann die mit Hydrogel modifizierte Brennstoffzelle über mehre Wochen chemische Energie aus Wasserstoff in elektrische Energie umwandeln. In Abwesenheit des Hydrogels wird die Hydrogenase innerhalb kürzester Zeit deaktiviert.

Großer Schritt zur nachhaltigen Energiewirtschaft

„Das Hydrogelkonzept eröffnet die Möglichkeit, auch andere empfindliche biologische und künstliche Katalysatoren, deren intrinsische Stabilität nicht verbessert werden kann, in Brennstoffzellen zu nutzen“, so Prof. Wolfgang Lubitz, Direktor vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion. „Das ist ein großer Schritt in Richtung eines erheblich verbesserten Brennstoffzellendesigns und in Richtung einer globalen nachhaltigen Energiewirtschaft in unserer Gesellschaft.“

Forschung im Rahmen des Clusters RESOLV

Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV – Ruhr explores Solvation (EXC 1069) unterstützt.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Lehrstuhl für Analytische Chemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-26200, wolfgang.schuhmann@rub.de, Cluster Resolv:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/solvation/

Prof. Dr. Dr. h. c. Wolfgang Lubitz, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr, 0208/306-3614, wolfgang.lubitz@cec.mpg.de
http://www.cec.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2022.html - Volltext online

Meike Drießen | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa
27.02.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Neurobiologie - Vorausschauend teilen
27.02.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik