Oberflächlichkeit rettet die Welt

Rheinische und kalifornische Forscher haben es heraus gefunden: Komplexe, atomdünne Oberflächen auf Nickelbasis verdoppeln die Leistung von Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff – bei gleichem Stromverbrauch. Die Entdeckung könnte den Umbau zur grünen Wasserstoff-Wirtschaft beschleunigen.

Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von Wasser. Dabei fließt – vereinfacht gesagt – Strom durch ein Wasserbad, der das Wasser in seine Bestandteile zerlegt. Am Pluspol, der Anode, sammelt sich Sauerstoff, am Minuspol, der Kathode, Wasserstoff. Wird der so erzeugte Wasserstoff durch Strom aus nachhaltigen Quellen erzeugt, spricht man von “grünem Wasserstoff”. Der hohe Strombedarf für diesen Prozess bildete bis jetzt eine entscheidende Hürde beim politisch gewollten Ausbau der Wasserstoff-Industrie.

Das könnte sich bald ändern. Forscher aus Jülich, Aachen, Stanford und Berkeley manipulierten die kristalline Oberfläche einer Verbindung aus Lanthan und Nickel (LaNIO3), das zur Klasse der Perowskite gehört. Dazu produzierten und untersuchten sie das Perowskit genauer, als Wissenschaftler es je zuvor gemacht hatten. Sie stellten zwei verschiedene Arten hochreiner Lanthannickellat-Kristalle her. Bei einer Variante endeten die Kristalle an einer Oberfläche, in der sich nur Lanthan- und Sauerstoff-Atome befanden. Bei der anderen Variante endeten die Kristalle an einer Oberfläche mit Nickel- und Sauerstoffatomen. Die Experten nennen das Nickel-Terminierung.

Bei weiteren Versuchen erwies sich, dass die nickel-terminierten Anode doppelt so viel Sauerstoff produzierte wie die Lanthan-terminierte Variante. Die Forscher gehen nun davon aus, dass auch bei anderen Materialien die Terminierung der Oberflächen über die Leistungsfähigkeit der Anlage zur Wasserstofferzeugung entscheidet.

Christoph Bäumer, Materialwissenschaftler und Erstautor der Versuchsstudie: “Von diesem erweiterten Verständnis erhoffen wir uns, dass in Zukunft bessere Materialien entwickelt werden, die grünen Wasserstoff energieeffizienter und damit kostengünstiger herstellen als bisher.”

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