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Wasserstoff aus Alkohol, Lauge, Licht und Eisen
Zufallsfund mit Potenzial: Chemiker haben eine verblüffend simple Methode zur Wasserstoffgewinnung entdeckt. Statt komplexer Katalysatoren benötigt man dafür nur Methanol, Natronlauge und Eisenionen. Bestrahlt man diese Mischung mit UV-Licht, wird Wasserstoffgas frei. Die Effizienz dieser Reaktion liegt in der gleichen Größenordnung wie die gängiger Katalysatoren, wie die Forscher berichten. Dies könnte die Nutzung von grünem Wasserstoff einfacher und kostengünstiger machen.
Grüner Wasserstoff gilt als wichtige Alternative zu fossilen Energien. Allerdings hat das Gas keine sonderlich hohe Energiedichte. Es muss daher für Transport und Lagerung entweder unter hohem Energieaufwand verflüssigt werden oder aber in kompaktere chemische Verbindungen umgewandelt werden – eine davon ist Methanol. Dieser kurzkettige Alkohol kann in Power-to-Liquid- oder Sun-to-Liquid-Anlagen aus Wasser und Luft-CO2 erzeugt werden. Auch Transport und Lagerung sind einfacher als bei Wasserstoff.
Allerdings: Wie effizient Methanol als Zwischenschritt für die Wasserstoffnutzung ist, hängt stark davon ab, wie einfach und effizient die Dehydrogenierung ist – die Gewinnung von Wasserstoff aus dem Alkohol. Bislang werden dafür komplexe und teilweise teure Katalysatoren benötigt.
Doch es geht auch anders, wie jetzt Chemiker um Masaya Sakurai von der Universität Kyushu entdeckt haben. „Wir haben diese Reaktion nicht gezielt gesucht, sondern sind durch einen glücklichen Zufall darüber gestolpert“, berichten die Forscher. Ziel ihrer Experimente war es eigentlich, die Wasserstoffgewinnung durch metallorganische Gerüstverbindungen zu untersuchen. „Unsere Entdeckung machten wir in einem unserer Kontrollexperimente.“
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In diesem Kontrollexperiment hatten die Chemiker Methanol mit Natronlauge (NaOH) und gelöstem Eisenchlorid (FeCl3) gemischt. „Als wir dies mit UIV-Licht bestrahlten, entwickelte sich eine beträchtliche Menge an Wasserstoffgas“, berichtet Seniorautor Takahiro Matsumoto von der Universität Kyushu. „Wir konnten es zunächst kaum glauben. Aber in weiteren Experimenten haben wir dieses Resultat validiert und bestätigt.“
Nähere Analysen ergaben: Die Bestrahlung der Lösung aus Methanol, Lauge und Eisenionen löst eine chemische Reaktion aus, durch die der Alkohol erstaunlich effizient dehydrogeniert wird. Die Eisenionen agieren dabei als Katalysatoren. „Die Rate der Wasserstoffproduktion lag bei 921 Millimol pro Stunde und Gramm FeCl3-Katalysator“, berichtet Matsumoto. Diese Menge sei mit der Effizienz der besten gängigen Katalysatoren vergleichbar.
„Unser System unterscheidet sich jedoch fundamental von diesen organometallischen Systemen“, erklären die Chemiker. „Es repräsentiert unseres Wissens nach das erste Beispiel für die Wassererzeugung aus Methanol nur mithilfe eines Metall-Ions.“ Welcher chemische Mechanismus jedoch hinter dieser neuen Dehydrogenierungsreaktion von Methanol steckt, wissen auch die Forscher noch nicht genau.