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Wasserstoffgewinnung aus wässrigem Methanol: einfach und hocheffizient

28.02.2013
Einer internationalen Forschergruppe gelingt durch den Einsatz von hocheffizienten Katalysatoren - anders als bisher üblich - die Gewinnung von Wasserstoff aus wässrigem Methanol schon unter milden Bedingungen.
Damit macht die Forschung zur Nutzung von Wasserstoff, der als einer der interessantesten Energieträger der Zukunft gilt, einen großen Schritt in Richtung mobile Anwendungen. Das international renommierte Wissenschaftsjournal NATURE berichtet in seiner jüngsten Ausgaben ausführlich über die gemeinsamen Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern aus dem Rostocker LIKAT und Sassari (Italien).

Ohne Energie ist unser heutiges Leben kaum denkbar. Angesichts begrenzter natürlicher Ressourcen wie Öl und Gas ist ein Wechsel der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien unumgänglich. Als ein aussichtsreicher Energieträger wird Wasserstoff diskutiert. Wasserstoff ist sauber und universell einsetzbar, beispielsweise in Brennstoffzellen zur Erzeugung von Elektroenergie, wobei als Abfallprodukt lediglich Wasser entsteht. Wasserstofferzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen könnte eine der Lösungen zur Gewinnung von „sauberer“ Energie bedeuten.

Rostocker Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock) stellen gemeinsam mit italienischen Forschern aus Sassari ein neues System der Wasserstoffgewinnung aus Methanol im US-Fachblatt NATURE vor. Das neue System arbeitet unter Zuhilfenahme eines Rutheniumkomplexes mit einem sogenannten phosphorhaltigen Ligand, dem Spuren von Lauge zugesetzt werden.

Während bisherige Systeme für diesen Prozess, der oft auch einfach als Methanolreforming bezeichnet wird, Temperaturen von über 200°C und Drucke über 25 bar benötigen, liefert das Ru-System schon bei Normaldruck und Temperaturen zwischen 65 - 95°C die besten Ergebnisse. Bei diesen Temperaturen können pro Stunde zirka 4.700 Moleküle Methanol vollständig umgewandelt werden. Ein weiterer Vorteil des neuen Systems zeigt sich beim Einsatz des erzeugten Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle. Während bei den bisherigen Systemen immer wieder Spuren von Kohlenmonoxid - einem Brennstoffzellengift - gefunden werden, liegt bei der Anwendung des neuen Ru-Systems der detektierbare Anteil von CO bei unter 10 ppm (parts per million).

Das stellt eine Größenordnung dar, die für den Einsatz in der Brennstoffzellentechnik keinerlei Probleme aufweist. Generell hat das Methanolreforming aber einen Nachteil, neben drei Molekülen des gewünschten Wasserstoffs entsteht auch ein Molekül Kohlendioxid. Wird das CO2 aber unter Verwendung von regenerativem H2 wiederum für die Herstellung von Methanol verwendet, resultiert ein CO2-neutraler Prozess.

Seit mehreren Jahren beschäftigen sich die Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock mit der Wasserstofferzeugung und-speicherung. Mit ihrem neuen katalytischen Ru-System des Methanolreformings zeigen die Wissenschaftler einen Weg auf, wie Wasserstoff sehr umweltschonend und einfach erzeugt werden kann. „Eine Umwandlung von Methanol, in Wasserstoff bei moderaten Bedingungen, weist die Möglichkeit auf, den Wasserstoff ganz direkt am Ort des Verbrauchs zu erzeugen.

So kann die aufwendige und nicht ungefährliche Speicherung des gasförmigen Wasserstoffs umgangen werden“ erläutert Prof. Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse. „Ein Paradebeispiel für eine hocheffiziente Zusammenarbeit“ lobt Beller die Kooperation mit den Forschern aus dem italienischen Sassari. Durch sehr spezielle spektroskopische Untersuchungen konnte der genaue mechanistischen Ablauf des neuartigen Systems überzeugend aufzeigt werden.
Hintergrundinformationen:

Katalyse - ein Phänomen der Natur abgeschaut – ist die Wissenschaft von der Beschleunigung chemischer Prozesse. Das Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock) ist das größte europäische Forschungsinstitut im Bereich der Erforschung und Entwicklung von Katalysatoren sowie von katalytischen Verfahren und Technologien. Hauptziele der wissenschaftlichen Arbeiten sind die Gewinnung neuer Erkenntnisse in der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Katalyse und deren Anwendung bis hin zur technischen Umsetzung.

Das Leibniz-Institut für Katalyse ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Die Leibniz-Gemeinschaft verbindet 86 selbständige Forschungseinrichtungen. Deren Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute bearbeiten gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevante Fragestellungen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Sie unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer in Richtung Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Institute pflegen intensive Kooperationen mit den Hochschulen - u.a. in Form der Wissenschaftscampi -, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem maßstabsetzenden transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 16.500 Personen, darunter 7.700 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei 1,4 Milliarden Euro.

Dr. Barbara Heller | idw
Weitere Informationen:
http://www.catalysis.de/
http://www.nature.com/nature

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