Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff ist Glycerin Wasser weit überlegen

Energie

Mit Informationen von Agência Fapesp – 25.06.2025

An der Wismutvanadat-Photoanode (gelb) findet die Oxidation von Glycerin statt, während an der anderen Elektrode Wasserstoff (Blasen) entsteht. [Bild: CINE]

Photoelektrochemische Zellen

Brasilianische Forscher haben nachgewiesen, dass der Ersatz von Wasser durch Glycerin, ein häufiges Nebenprodukt der Biodieselproduktion, die Effizienz photoelektrochemischer Zellen erheblich steigert. Dabei handelt es sich um Geräte, die Sonnenlicht als saubere und erneuerbare Energiequelle zur Erzeugung von Wasserstoff nutzen.

In photoelektrochemischen Zellen wird Licht von empfindlichen Materialien absorbiert, wodurch eine Reihe von Oxidations- (Elektronenverlust) und Reduktionsreaktionen (Elektronengewinn) ausgelöst werden, die schließlich zur Aufspaltung des Wassermoleküls in Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle führen.

Allerdings ist die Wasseroxidation ein langsamer und ineffizienter Prozess. Deshalb suchen Forschungsgruppen auf der ganzen Welt nach Möglichkeiten, diese Einschränkung der Effizienz dieser Geräte zu überwinden, die sogenannten grünen Wasserstoff oder Solarwasserstoff erzeugen. Dieser ist ein sauberer Brennstoff par excellence , da er bei seinem Verbrauch lediglich Wasser an die Umwelt abgibt.

Einer dieser alternativen Ansätze besteht darin, Wasser durch andere Moleküle zu ersetzen, die leichter oxidiert werden können und höhere elektrische Ströme erzeugen, wodurch die Wasserstoffproduktion effizienter wird. Die Idee dahinter ist, organische Moleküle aus erneuerbaren und nachhaltigen Quellen, wie beispielsweise Biomasseabfällen, zu verwenden.

„Der Wasserstofferzeugungsprozess benötigt Energie, die aus dem Stromnetz, wie bei der klassischen Elektrolyse, oder aus anderen Quellen, wie beispielsweise Solarenergie, stammen kann“, erklärt Professor Elton Sitta von der UFSCar (Bundesuniversität von São Carlos) und Forscher am CINE (Zentrum für Innovation im Bereich Neue Energien). „In unserer Arbeit haben wir organische Moleküle untersucht, die nach ihrer Oxidation als Elektronen- und Protonenquellen für die Wasserstofferzeugung dienen können.“

Glycerin (rechts) übertraf alle Konkurrenten bei weitem. [Bild: Cristian Hessel et al. - 10.1016/j.electacta.2024.145300]

Wasserersatz

Das Team führte Experimente durch, um die Oxidation von Methanol-, Ethylenglykol- und Glycerinmolekülen in Wismutvanadat-Photoanoden (BiVO ₄ ) zu vergleichen. Dieses Material gilt aufgrund seiner guten Lichtabsorption, geringen Toxizität, geringen Kosten und Stabilität gegenüber Feuchtigkeit und Licht als vielversprechend für diese Art von Anwendung.

Glycerin zeigte die beste Aktivität bei der Elektronenerzeugung für die Produktion von grünem Wasserstoff, und zwar um ein Vielfaches höher als Wasser. Durch die Oxidation entstehen neben Elektronen auch Stoffe, die als Rohstoffe in verschiedenen Industrien eingesetzt werden können.

Darüber hinaus ist dieses Glycerin in Brasilien eine weit verbreitete Substanz, da es ein Nebenprodukt der Biodieselproduktion ist.

„Bei der Produktion im großen Maßstab gibt es Herausforderungen sowohl hinsichtlich der Oxidation von Wasser als auch hinsichtlich der Verwendung organischer Moleküle als Elektronenquelle, aber organische Stoffe haben sich als interessante Alternative erwiesen, um die Korrosion von Photokatalysatoren zu vermeiden und die Möglichkeit zu bieten, andere Produkte mit Mehrwert zu erhalten“, sagte Professor Elton.

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