MOFs revolutionieren Wasserstoffherstellung

Forscher um Kyriakos Stylianou von der University of Oregon haben ein metallorganisches Gerüst (MOF) zur Beschleunigung der katalytischen Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff durch Sonnenlicht entwickelt. MOFs sind hochporöse Materialien, die aus Metallatomen bestehen und von organischen Molekülen zusammengehalten werden.

Die Forschungsergebnisse stellen ein neues Instrument zur Bekämpfung der Treibhausgasemissionen und des Klimawandels dar, meint Stylianou. Wasserstoff, der emissionsfrei hergestellt wird, wie jener aus Wasser mit Sonnenlicht als einziger Energiequelle, lässt sich umweltneutral zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen.

Basismaterialien zur Herstellung des Katalysators sind Rutheniumoxid und mit Schwefel und Stickstoff dotiertes Titanoxid. Die Forscher haben die Anteile der Grundkomponenten variiert und dabei herausgefunden, dass das MOF mit dem geringsten Rutheniumoxid-Gehalt die schnellste Wasserstoffproduktionsrate aufweist. In einer Stunde gelang mit einem Gramm dieses Katalysators die Herstellung von 10,7 Gramm Wasserstoff. Dabei liessen sich zehn Prozent der einfallenden Lichtteilchen nutzen - laut dem Chemiker ein Prozentsatz, der rekordverdächtig ist.

"Wasser ist eine reichhaltige Wasserstoffquelle, und die Photokatalyse bietet eine Methode, um die reichlich vorhandene Sonnenenergie der Erde für die Wasserstoffproduktion nutzbar zu machen. Rutheniumoxid ist nicht billig, aber die in unserem Photokatalysator verwendete Menge ist minimal. Wenn ein Katalysator eine gute Stabilität und Reproduzierbarkeit aufweist, werden die Kosten für diese geringe Menge an Rutheniumoxid für industrielle Anwendungen weniger wichtig", so Stylianou.

Derzeit wird Wasserstoff zu mehr als 90 Prozent aus Erdgas hergestellt. Dabei werden grosse Mengen an CO2 frei, die den Klimawandel vorantreiben. "Grüne" Techniken sind derzeit noch sehr teuer. Während fossiler Wasserstoff für 1,5 Dollar pro Kilogramm zu haben ist, schlagen umweltneutrale Verfahren mit fünf Dollar zu Buche. Die Innovation aus Oregon könnte die Kosten daher erheblich drücken.