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Alternative Energien: Vergoldet

Die Luft in den Städten wäre vermutlich weitaus sauberer, wenn alle Autos mit Brennstoffzellen führen. Doch die neue Technologie leidet immer noch an Kinderkrankheiten.
Polyoxometallat in oxidierter Form
Jedes Kind weiß, dass die Erdölvorkommen auf der Erde begrenzt sind. Höchste Zeit also, um sich Gedanken zu machen, wie wir auch in Zukunft – ohne Benzin und Diesel – mobil bleiben können. Brennstoffzellen scheinen da die ideale Alternative zu sein, liefern diese doch nicht nur die zum Antrieb von Elektroautos benötigte Energie, sondern erzeugen auch noch – abgesehen von reinstem Wasser – keinerlei Abgase. Allerdings wird dabei oft vergessen, dass der Wasserstoff, mit dem die Zellen betrieben werden, zuvor an anderer Stelle mühsam hergestellt wurde – wodurch sich das Problem zunächst nur verlagert.

Reaktor zur Oxidation von Kohlenmonoxid | In dem Reaktor wird Kohlenmonoxid mit Hilfe von Gold-Partikeln und Polyoxometallat oxidiert.
Denn auch der Wasserstoff wird meistens aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Aber dabei entsteht außer dem gewünschten Treibstoff auch noch Kohlenmonoxid – pures Gift für den Katalysator der Brennstoffzelle. Das Gasgemisch muss also gereinigt werden, bevor es zum Einsatz kommen kann. Zurzeit wird es dazu mit über 230 Grad Celsius heißem Wasserdampf vermischt, der das Katalysatorgift in ungefährliches Kohlendioxid verwandelt – ein langsamer und energieintensiver Umweg für den Wasserstoff. Und die großen Mengen an Wasser, die dabei verdampft werden müssen, sind höchstens für die darin schwimmenden U-Boote kein Problem, in denen Brennstoffzellen schon heute häufig eingesetzt werden.

Oxidation des Kohlenmonoxids | Die Farbe der Polyoxometallat-Lösung wechselt bei der Oxidation des Kohlenmonoxids von gelb nach blau-grün.
Wie also diesen Flaschenhals in der Energieproduktion mit Brennstoffzellen umgehen? Won Bae Kim und seine Kollegen von der Universität von Wisconsin fanden einen Weg, der nicht nur schneller ist, sondern der sogar zusätzliche Energie liefert. Sie wussten, dass Gold-Nanopartikel sich hervorragend zur Entgiftung von Wasserstoff eignen, praktischerweise gerade dann, wenn sie sich in lauwarmem Wasser befinden. Strömt der verunreinigte Wasserstoff über die Goldpartikel, so entreißen diese dem unerwünschten Kohlenmonoxid zwei Elektronen und machen es damit unschädlich. Die Elektronen werden von so genannten Polyoxometallaten eingesammelt und zur Brennstoffzelle abtransportiert. Dort erzeugen sie zusätzliche Energie – womit das Katalysatorgift nun sogar nutzt anstatt zu schaden.

Die Wissenschaftler sind sich sicher, die Brennstoffzelle damit zukunftsfähiger zu machen. Denn auch bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse entstehen erhebliche Mengen an Kohlenmonoxid, die entsprechend entfernt werden müssen. Zudem ließen sich die Zellen durch die neue Technologie kleiner und leichter bauen, was für den Einsatz in mobilen Geräten und in Autos sehr wichtig ist.

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