Ein innovative Katalysator bringt’s
Er und seine Kollegen konzentrierten sich bei ihrer Suche nach neuen Katalysatoren auf nano-strukturierte Übergangsmetall-Chalkogenide (Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs). Dabei handelt es sich um Verbindungen von Elementen aus der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems wie Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur mit Metallen. Bei ihren Tests stellte sich nano-strukturiertes Wolframdiselenid als bester Katalysator heraus. Er übertrifft die Effektivität von Edelmetallkatalysatoren bei weitem und ist zudem deutlich billiger, berichten die Forscher. Sie kombinierten diesen Katalysator mit einer speziellen Flüssigkeit in einer elektrochemischen Zelle. Wie sie erklären, schützt diese Substanz das Wolframdiselenid vor den aggressiven Effekten der Reduktionsreaktion.
Mit diesen innovativen Komponenten entwickelten sie dann ihr künstliches Blatt: Zwei Photovoltaik-Solarzellen sorgen bei dem Konzept für elektrische Energie. Auf der Kathoden-Seite befindet sich das Wolframdiselenid in der elektrolytischen Flüssigkeit. Durch eine Membran getrennt liegt auf der Anoden-Seite des Systems wiederum Cobaltoxid in einem Kaliumphosphat-Elektrolyten vor. Wenn nun Licht von natürlicherweise vorkommender Intensität das künstliche Blatt bestrahlt, kommt der Prozess in Gang: Wasserstoff und Kohlenmonoxid sprudeln von der Kathode, während freier Sauerstoff und Wasserstoffionen an der Anode erzeugt werden. “Die Wasserstoffionen diffundieren durch die Membran zur Kathodenseite, wo sie an der Kohlendioxidreduktionsreaktion teilnehmen”, erklärt Asadi.
Treibhausgas soll zu Treibstoff werden
Das entstehende Wasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Gas kann dann entweder gleich verbrannt oder aber in Treibstoffe umgewandelt werden. “Statt Energie auf nicht nachhaltige Weise durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu Treibhausgas zu machen, können wir mit diesem System den Prozess umkehren und Kohlenstoff aus der Atmosphäre durch Sonnenlicht in Kraftstoff verwandeln”, resümiert Salehi-Khojin.
Er und seine Kollegen tüfteln nun weiter an der Optimierung ihres vielversprechenden Systems. Ihnen zufolge könnte es möglicherweise nicht nur in großen Solarfarmen zum Einsatz kommen, sondern auch in kleineren Einheiten. Sie sehen sogar Potenzial für die Raumfahrt: Auf dem Mars könnte man mit dem Konzept möglicherweise Energie gewinnen, denn die Atmosphäre des Planeten besteht größtenteils aus Kohlendioxid. Man darf also gespannt sein, was sich aus dem Konzept in Zukunft entwickeln wird.
