Neuer Katalysator ermöglicht effizientere grüne Wasserstoffproduktion
Auf einen Blick
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Materialchemie und Katalyse haben einen Nanokatalysator für die Wasserelektrolyse entwickelt.
Die Effizienz der elektrolytischen Wasserstoffgewinnung steigt durch den neuen Katalysator um bis zu 40 Prozent.
Das Patent wurde bereits angemeldet; erste Industriegespräche laufen.
Der Katalysator basiert auf einem nanostrukturierten Nickel-Eisen-Oxid-System und verzichtet auf seltene Erden.
Die Arbeit entstand im Rahmen des Verbundprojekts „GrünH₂“ mit Förderung durch das Bundeswirtschaftsministerium.
Bedeutung grünen Wasserstoffs
Wasserstoff gilt als einer der Schlüsselstoffe der Energiewende: Er kann überschussüssigen Ökostrom speichern, in der Industrie fossile Brennstoffe ersetzen und als Kraftstoff für Schwerlasttransporte oder Schiffe genutzt werden. Voraussetzung für einen echten Klimabeitrag ist jedoch, dass der Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbarem Strom erzeugt wird.
Die Elektrolyseure, die heute im industriellen Maßstab eingesetzt werden, nutzen häufig teure und seltene Platingruppenmetalle als Katalysatoren. Das verteuert die Anlagen und schränkt ihre Skalierbarkeit ein. Genau hier setzt die Forschungsarbeit des Instituts an.
Der neue Nanokatalysator
Das Team um Dr. Isabel Morales hat ein nanostrukturiertes Nickel-Eisen-Oxid-System entwickelt, das die Sauerstoffevolutionsreaktion (OER) – den entscheidenden Halbprozess bei der Wasserelektrolyse – deutlich effizienter katalysiert als bisher verfügbare edelmetallfreie Katalysatoren.
Durch kontrollierte Porosität auf der Nanoskala konnte die aktive Oberfläche des Katalysators um den Faktor 8 gegenüber nicht-porisiertem Nickel-Eisen-Oxid erhöht werden. Gleichzeitig weist das Material eine deutlich verbesserte Stabilität unter den korrosiven Bedingungen alkalischer Elektrolyse auf. In Benchmarktests wurde eine OER-Überspannung von nur 230 mV bei 10 mA/cm² gemessen – ein Rekordwert für edelmetallfreie Systeme.
Patent und industrielles Interesse
Das Verfahren zur Herstellung des Nanokatalysators wurde beim Deutschen Patent- und Markenamt (DPMA) zum Patent angemeldet. Parallel laufen erste Gespräche mit zwei deutschen Elektrolyseherstellern sowie einem international tätigen Energiekonzern über eine mögliche Lizenzierung und gemeinsame Hochskalierung.
Die nächste Etappe ist die Herstellung von Prototyp-Elektroden im größeren Maßstab (Fläche > 100 cm²) und deren Test unter industrienahen Bedingungen. Das Institut plant hierzu eine Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie.