Forscher arbeiten an Katalysator zur Oxidation von Wasser.
An dem Traum, Sonnenlicht zur Erzeugung von Wasserstoff zu nutzen, wird intensiv gearbeitet. Ein neuer Katalysator verspricht Fortschritte auf diesem Weg.
In Pflanzen wird auf dem Weg der Photosynthese Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Forschern Institut für Festkörperforschung im Forschungszentrum Jülich sind mit Kollegen von der Emory University in Atlanta (USA) einen Schritt auf dem Weg zu einer technisch machbaren Photosynthese zur Oxidation von Wasser voran gekommen. Es wurde ein stabiler anorganischer Metallcluster synthetisiert. Der vermittelt rasch und effektiv die Oxidation von Wasser zu Sauerstoff. Darüber berichtete das Forschungsteam in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Die Zeitschrift bewerte den Beitrag mit dem Prädikat „very important paper“ als ausgesprochen wichtig.
Wasserstoff ist Energieträger der Zukunft
Viele Experten sehen im Wasserstoff den Energieträger der Zukunft. Die Hersteller von Automobilen arbeiten intensiv an der Einführung der Brennstoffzelle. Sie bezieht ihre Energie aus Wasserstoff. Schon 2010 sollen erste Serien rollen.
Aber einen wirklichen Fortschritt in der Problematik der Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre kann er erst geben, wenn der Wasserstoff mit regenerativer Energie umweltschonend gewonnen wird. Die hier beschriebene künstliche Photosynthese spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei liefert das Sonnenlicht die nötige Energie. Damit wäre eine umweltfreundliche Herstellung von Wasserstoff machbar. Und der Klimaschutz befände sich auf einem guten Weg.
Die Forschungsarbeiten
Der Weg zu einer künstlichen Photosynthese ist mit Steinen gepflastert. Ein grundlegendes Problem ist, dass im Verlauf der Oxidation des Wassers recht aggressive Substanzen gebildet werden, die die Katalysatoren schädigen. In den Pflanzen wird das Problem durch ständige Reparatur und Ersatz der Katalysatoren gelöst.
In technischen Prozessen werden aber Katalysatoren benötig, die lange Zeit stabil bleiben und ihre Aufgabe erfüllen. Ein Team von Forschern aus dem Forschungszentrum Jülich und von der amerikanischen Emory Univesity in Atlanta hat nun erstmals einen Katalysator für diesen Zweck synthetisiert und untersucht.
Vier Ionen des seltenen Übergangsmetalls Ruthenium hat dieser neue anorganische Metalloxid-Cluster im Zentrum. Er ermöglicht die rasche und effektive katalytische Oxidation von Wasser zu Sauerstoff und bleibt dabei selbst stabil.
„Unser wasserlöslicher Tetra-Ruthenium-Komplex entfaltet seine Wirkung in wässriger Lösung schon bei Raumtemperatur“, freut sich Prof. Paul Kögerler vom Jülicher Institut für Festkörperforschung. Er hat den vielversprechenden Cluster gemeinsam mit seinem Kollegen Dr. Bogdan Botar von der Emory University synthetisiert und charakterisiert.
Die katalytischen Messungen wurden an der Emory University durchgeführt. „Anders als andere molekulare Katalysatoren für die Wasseroxidation besitzt dieser Katalysator keine organischen Bestandteile. Das macht ihn so stabil“. Dr. Bogdan Botar erläutert den nächsten Schritt der Entwicklung: „Jetzt besteht die Herausforderung in der Integration dieses Ruthenium-Komplexes in photoaktive Systeme, die Sonnenenergie in chemische Energie umsetzen“.
Bisher wird die Energie für die Oxidation des Wassers noch aus einem chemischen Oxidationsmittel geliefert. Die Forscher in Jülich, Atlanta und anderswo haben sicher noch viel Arbeit auf dem Tisch.