Kupfer-Eisen-Kat verbilligt grünen Wasserstoff
Ein neues Verfahren mit einem Kupfer-Eisen-Kat verbilligt grünen Wasserstoff. Forscher der Rice University haben einen ungewöhnlichen Katalysator entwickelt. Der spaltet das Ammoniak-Molekül, das aus drei Wasserstoff- und einem Stickstoffatom besteht. Der resultierende Wasserstoff ist energetisch nutzbar, der Stickstoff in die Atmosphäre entlassen. Das Klima wird dadurch nicht belastet, weil Luft zu 78 Prozent aus Stickstoff besteht.
Licht ersetzt Wärme
Im Gegensatz zu herkömmlichen Katalysatoren ist für die Spaltung des Moleküls keine Wärme nötig. Die Energie stammt aus Sonnenlicht oder Leuchtdioden. Das Tempo chemischer Reaktionen nimmt mit der Temperatur zu. Die chemische Industrie nutzt dieses Phänomen seit mehr als einem Jahrhundert. Dazu ist die Verbrennung von großen Mengen fossiler Brennstoffe nötig, um die Temperatur in große Reaktoren um hunderte oder mehr als 1.000 Grad Celsius zu erhöhen. Das bedeutet hohe CO2-Emissionen.
Der neue Katalysator besteht aus Kupfer und Eisen, zwei Materialien, die nur mäßige katalytische Wirkung entfalten. Liegen sie allerdings als nanofeine Pulver vor und werden mit Licht aktiviert, sind sie zu Höchstleistungen fähig. „In Abwesenheit von Licht zeigt der Kupfer-Eisen-Katalysator eine etwa 300 Mal geringere Reaktivität als Kupfer-Ruthenium-Katalysatoren“, sagt Hossein Robatjazi, der zum Team gehörte und heute Chefwissenschaftler bei Syzygy Plasmonics ein Spezialist für neuartige Katalysatoren ist.
Verzicht auf Ruthenium
Unter Beleuchtung zeigt der Kupfer-Eisen-Katalysator Wirkungsgrade und Reaktivitäten, die denen von Kupfer-Ruthenium ähnlich sind, heißt es. Der entscheidende Unterschied: Der Verzicht auf Ruthenium reduziert die Kosten drastisch. Damit verbilligt der neuartige Kupfer-Eisen-Kat grünen Wasserstoff erheblich. „Jetzt ist es möglich, bei Katalysatoren auf teure Edelmetalle zu verzichten“, freut sich Rice-Wissenschaftlerin Naomi Halas. Allerdings müsse man das Verfahren noch hochskalieren. Bisher liege die Ausbeute bei der Spaltung im Grammbereich.