Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unerschöpflicher Energieträger Wasserstoff

20.03.2012
Methanol, Wasser und ein Kupfer-Zink-Katalysator: Mit diesen einfachen Zutaten könnte kostengünstig kohlenmonoxidfreier Wasserstoff gewonnen und damit Brennstoffzellen betrieben werden.

Mit der Identifizierung jener Kupfer-Zink-Phase, mit der besonders sauberer Wasserstoff entsteht, nahmen Forscher vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck eine wichtige Hürde auf dem Weg zur zukunftsweisenden Energienutzung. Kürzlich berichteten sie darüber im Fachjournal Angewandte Chemie.

Wasserstoff (H2) als Bestandteil des Wassers und häufigstes Element im Universum würde sich als nahezu unerschöpflicher Energieträger anbieten. Das farb- und geruchlose Gas ist allerdings auch hochentzündlich und bildet unter anderem bei Kontakt mit Sauerstoff ein hochexplosives Gemisch. Um Probleme und Risiken bei Lagerung und Transport zu umgehen, müssen effiziente und nachhaltige Wege gefunden werden, chemisch gebundenen Wasserstoff in der jeweiligen Anwendung verfügbar zu machen.

Als vielversprechender Wasserstofflieferant für mobile Anwendungen hat sich in den letzten Jahren Methanol (CH3OH) herauskristallisiert: Aus diesem einfachen Alkohol kann in einem Katalysator durch die sogenannte Methanoldampfreformierung einfach und rasch Wasserstoff erzeugt werden. Der Optimierung dieses Verfahrens, in dem Methanol mit Wasser reagiert, widmet sich im Rahmen eines FWF-Projekts seit 2008 die Arbeitsgruppe rund um Bernhard Klötzer am Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck.

„Bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Methanol wollen wir möglichst viel H2 hoher Reinheit bekommen, müssen dabei aber die Produktion von Kohlenmonoxid vermeiden, da dieses die Elektroden der Brennstoffzellen blockiert, was in der Praxis nicht passieren darf“, schildert Bernhard Klötzer die große Herausforderung, die sich stellt wenn das Reformier-Verfahren in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen eingesetzt werden soll. Diese Brennstoffzellen können in mobilen Anwendungen wie etwa in Kraftfahrzeugen, U-Booten, Raumschiffen oder Akkuladegeräten für unterwegs zur Anwendung kommen.

Praxistauglichkeit als Herausforderung

Die idealen Voraussetzungen für die Wasserstoffgewinnung an einem Palladium-Zink-Katalysator konnten die Forscher bereits vor zwei Jahren zeigen. Jetzt haben sie die Reaktion an einem – wesentlich kostengünstigeren – Kupfer-Zink-Katalysator untersucht. „Es gibt viele Systeme, die zur Diskussion stehen. Aus der Sicht der Grundlagenforschung ist der Palladium-Zink-Katalysator aufgrund seiner thermischen Stabilität besonders geeignet, aber andererseits sehr teuer. Wenn es um die reale Anwendung geht, kommen nicht nur technische, sondern auch Kostenfragen ins Spiel“, verdeutlicht Klötzer. Aus diesem Grund gilt sein Interesse aktuell der Methanoldampfreformierung in den kostengünstigeren Kupfer-Zink-Katalysatoren. Diese sind eigentlich für die Umkehrreaktion, also die Methanolsynthese, konzipiert und kommen in der Industrie bereits zum Einsatz. „Was in die eine Richtung gut funktioniert, funktioniert im Prinzip auch in die Gegenrichtung, allerdings erfordert die Reformieranwendung wesentlich höhere Temperaturen und einen erhöhten Wasserdampfdruck. Der industrielle Methanolsynthese-Katalysator ist daher in der Reformieranwendung nicht stabil“, erläutert der Forscher. Mit seiner Arbeitsgruppe klärt er die Grundlagen und Voraussetzungen, unter denen die Reformierung stabil und selektiv funktioniert.

Zinkgehalt entscheidend für Wasserstoffgewinnung

Geforscht wird zu diesem Zweck an einem Modellkatalysator, der aus einer hochreinen Kupferfolie besteht, auf die wenige Atomlagen Zink aufgedampft werden. Das Wichtige ist dabei, dass die exakt richtige Menge Zink verwendet wird. „Wenn zu viel Zink verwendet wird, bildet sich eine flächendeckende Schicht aus Zinkoxid, die inaktiv ist“, erklärt Klötzer. Am Modellkatalysator war es den Forschern in Zusammenarbeit mit dem Fritz-Haber-Institut in Berlin möglich, am Synchrotron BESSY II spektroskopische Analysen der Oberfläche unter Reformierbedingungen durchzuführen – ein entscheidender Vorteil zu realen, technischen Katalysatoren. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler den Oxidationszustand und Verteilung des Zinks „life“ beobachten. „Unter Reaktionsbedingungen hat sich gezeigt, dass sich auf einem Teil der Katalysatoroberfläche Zinkoxid-Inselchen gebildet haben, daneben jedoch immer noch eine Kupfer-Zink-Bimetall-Oberfläche existierte. Genau in diesem Moment der Koexistenz steigt die Aktivität des Katalysators um den Faktor 1000, die Wasserstoffproduktion ist, aufgrund der Fähigkeit der Metall-Oxid-Grenzfläche, Wasser zu spalten, genau in dieser Phase besonders effizient“, hebt er ein zentrales Ergebnis der Forschungsarbeit hervor, die für das Verständnis der Methanoldampfreformierung einen entscheidenden theoretischen, aber auch praktischen Schritt bedeutet. „Die Wasserspaltung ist generell für viele künftige Anwendungen in der Energietechnik ein wichtiges Thema“, ist Klötzer überzeugt.

Rückfragehinweis:
Prof. Bernhard Klötzer
Institut für Physikalische Chemie
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 5071
E-Mail: Bernhard.Kloetzer@uibk.ac.at
Mag. Susanne Röck
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 5071 32020
E-Mail: presse@uibk.ac.at
Weitere Informationen:
dx.doi.org/10.1002/ange.201106591 - C. Rameshan, W. Stadlmayr, S. Penner, H. Lorenz, N. Memmel, M. Hävecker, R. Blume, T. Rocha, D. Teschner, D. Zemlyanov, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, B. Klötzer, Steigerung der Wasserstoffproduktion in der Methanol-Dampfreformierung auf Kupfer durch Zink-unterstützte Wasseraktivierung, Angew. Chem. 124 (2012) 3057-3061

http://www.uibk.ac.at/physchem/ - Institut für Physikalische Chemie, Universität Innsbruck

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/physchem/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Frage der Dynamik
19.02.2018 | Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)

nachricht Forscherteam deckt die entscheidende Rolle des Enzyms PP5 bei Herzinsuffizienz auf
19.02.2018 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zukunft wird gedruckt

19.02.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer HHI präsentiert neueste VR- und 5G-Technologien auf dem Mobile World Congress

19.02.2018 | Messenachrichten

Stabile Gashydrate lösen Hangrutschung aus

19.02.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics