Damit das Wasser der Ozeane trinkbar wird

Medieninformation Nr. 74/2016

Die trockensten Wüsten der Erde grenzen häufig an Ozeane. Gleichzeitig sind sie diejenigen Regionen mit einem großen Trinkwasserproblem. Sonnenlicht wiederum gibt es im Überfluss, mit dessen Hilfe aus dem salzigen Meerwasser zunächst Wasserstoff als solarer Energiespeicher erzeugt werden kann, aus dem dann „on demand“ Trinkwasser und nutzbarer Strom gewonnen wird. Für diese chemische Reaktionskaskade aber braucht man maßgeschneiderte Funktionsmaterialien, sogenannte Selektivkatalysatoren.

Mit ihrer Erforschung beschäftigt sich ein neues Verbundprojekt („Selective bifunctional catalysts for regenerative seawater splitting”) am Fachgebiet Elektrochemische Katalyse und Materialien. Unter Leitung von Prof. Dr. Peter Strasser sollen die chemischen Grundlagen der Herstellung, Struktur, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit solch neuartiger reversibler Katalysatormaterialien für gekoppelte katalytische Reaktionskaskaden untersucht werden.

Salzhaltiges Meerwasser mit Hilfe von Sonnenlicht in Trinkwasser zu verwandeln, beruht auf der elektrolytischen Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrischen Strom. Die elektrolytische Spaltung wurde im Jahre 1800 entdeckt. Seitdem wurden die wissenschaftlichen Grundlagen dieses katalytischen Prozesses in vielen Einzelheiten erforscht. Die Verwendung von Reinstwasser war dabei eine wichtige Voraussetzung, da sonst störende katalytische Nebenreaktionen stattfinden können. Reinstwasser ist aber eine kostbare Ressource und in den sonnenreichen Gegenden meist nicht ausreichend verfügbar.

Durch die Entwicklung von sogenannten Selektivkatalysatoren für die elektrochemische Wasserelektrolyse könnte es jedoch möglich werden, selbst stark salzhaltiges Meerwasser für die Spaltung von Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht einzusetzen. Der dabei entstehende gasförmige Wasserstoff kann anschließend elektrokatalytisch mit Luftsauerstoff in der Umkehrreaktion zur Reaktion gebracht werden, woraus Reinstwasser und Strom erzeugt werden. Bisher sind die chemischen Grundlagen solch hoch selektiver Katalysatoren für die Meerwasserelektrolyse nicht erforscht. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, wenn ein einziger elektrochemischer Reaktor beide Funktionen, also die Meerwasserspaltung und die Umwandlung des molekularen Wasserstoffes in Strom und Reinstwasser, in sich vereinen könnte. Dazu müssen jedoch Katalysatoren entwickelt werden, die zugleich sehr flexibel und spezialisiert sind. Denn neben der Spaltung des salzhaltigen Meerwassers in Wasserstoff sollen sie auch über die Fähigkeit verfügen, diesen in Strom und Reinstwasser umzuwandeln. „Das stellt besonders hohe Anforderungen an die zu untersuchenden Nanomaterialien“, sagt Prof. Dr. Peter Strasser, „aber wenn es gelänge, solche Katalysatoren zu entwickeln und alle katalytischen Prozesse der Spaltung und Umwandlung in einem einzigen elektrochemischen Reaktor ablaufen zu lassen, wäre das eine sehr elegante Lösung für Energie- und Wasserprobleme“.

Das Vorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit 300.000 Euro für drei Jahre gefördert. Die TU-Chemiker arbeiten mit Partnern der Max-Planck-Gesellschaft und der FU Berlin zusammen.