Wasserstoff aus Eisen und Licht: Zufallsfund könnte die Energiewende vereinfachen
Wasserstoff gilt als einer der wichtigsten Energieträger der Zukunft. Ein grundlegendes Problem bleibt jedoch seine Speicherung und sein Transport: Das Gas hat eine vergleichsweise geringe Energiedichte und muss unter hohem Aufwand verflüssigt oder in andere chemische Verbindungen umgewandelt werden. Methanol, ein einfacher Alkohol, gilt dabei als besonders geeigneter Zwischenspeicher. Doch um aus Methanol wieder nutzbaren Wasserstoff zu gewinnen, waren bislang aufwendige und oft teure Katalysatoren nötig. Eine Forschungsgruppe um Takahiro Matsumoto von der Kyushu-Universität in Japan hat nun eine verblüffend schlichte Alternative entdeckt.
Ein Zufallsfund im Labor
Die Chemiker:innen hatten ursprünglich untersucht, wie sich metallorganische Gerüstverbindungen zur Wasserstoffgewinnung eignen. Bei einem Kontrollexperiment mischten sie Methanol mit Natronlauge und gelösten Eisenionen und bestrahlten die Lösung anschließend mit UV-Licht. Das Ergebnis überraschte das Team: Es entstand eine beträchtliche Menge Wasserstoffgas. „Es war ein unglaublicher Zufallsfund“, berichtet Matsumoto. „Wir haben die Ergebnisse zunächst kaum glauben können, aber in weiteren Versuchen eindeutig bestätigt.“
Effizienz auf dem Niveau bewährter Systeme
Nähere Analysen zeigten, dass die UV-Bestrahlung eine chemische Reaktion auslöst, bei der die Eisenionen als Katalysatoren wirken und das Methanol effizient dehydrogenieren, also Wasserstoff abspalten. Die gemessene Produktionsrate lag bei 921 Millimol Wasserstoff pro Stunde und Gramm Eisenchlorid-Katalysator. Dieser Wert ist nach Angaben der Forschenden mit den besten bisher bekannten organometallischen Systemen vergleichbar. Der entscheidende Unterschied: Eisen ist ein weit verbreitetes, kostengünstiges Element, und das gesamte Verfahren kommt ohne komplexe molekulare Strukturen aus. Wie genau der Reaktionsmechanismus auf atomarer Ebene abläuft, ist allerdings noch nicht vollständig verstanden.
Methanol, Glukose, Zellulose: Breites Potenzial
Ergänzende Versuche ergaben, dass die Kombination aus Eisenionen, UV-Licht und Lauge nicht nur mit Methanol funktioniert. Auch aus längerkettigen Alkoholen, Glukose, Stärke und sogar Zellulose ließ sich Wasserstoff gewinnen. Die Effizienz war dabei zwar geringer als bei Methanol, die Forschenden sehen jedoch noch erhebliche Optimierungsmöglichkeiten. Matsumoto betont, dass die Reaktion so einfach reproduzierbar sei, dass sie selbst in einem Schulunterricht durchgeführt werden könnte. Vor weiteren praktischen Anwendungen müssen die Chemiker:innen allerdings noch den genauen Mechanismus aufklären und die Effizienz für andere Substrate verbessern. Die Studie erschien im Fachjournal Communications Chemistry.
