Sauberes Synthesegas: Solarstrom spaltet Wasser und Kohlendioxid

  • quelle: wissenschaft-aktuell.de


    Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid lässt sich klimaneutral erzeugen


    Synthesegas – ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid – ist für die chemische Industrie von zentraler Bedeutung. Sowohl für die Massenproduktion von Methanol als auch für die von Ammoniak ist es unverzichtbar. Meist wird es über die Vergasung von Kohle oder aus Erdgas erzeugt, über Prozesse, bei denen große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen. Sehr viel klimafreundlicher kann Synthesegas aber auch allein mit Sonnenenergie gewonnen werden. Amerikanische Wissenschaftler haben dazu ein ausgeklügeltes Elektrolyse-Verfahren entwickelt, das sie in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ präsentieren.


    „Mit unserem Verfahren wird Sonnenlicht effizienter genutzt als von den meisten Solarzellen“, sagt Stuart Licht von der George Washington University. Es basierte auf einer Kopplung von zwei Elektrolyse-Prozessen, bei denen einerseits Wasser- und andererseits Kohlendioxid-Moleküle aufgespalten wurden. Bei der elektrolytischen Spaltung von Wasser entstanden Wasserstoff und Sauerstoff, Kohlendioxid ging ebenfalls in Sauerstoff und Kohlenmonoxid über. Für diese Reaktionen nutzten Licht und Kollegen elektrischen Strom, der von einer hoch effizienten Konzentrator-Solarzelle erzeugt wurde.


    In ihrem Synthesegas-Reaktor verwendeten die Forscher allerdings kein reines Wasser oder Kohlendioxid. Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad gingen sie den Umweg über geschmolzene Salze. In der ersten Elektrolyse-Kamer heizten sie Lithiumkarbonat auf 950 Grad auf und ließen durch zwei Elektroden einen Strom mit einer Spannung von 1,25 Volt fließen. Dabei wurden Kohlenmonoxid und Sauerstoff freigesetzt. Das zurückbleibende Lithiumoxid konnte danach wieder durch Aufnahme des Treibhausgas Kohlendioxid zu Lithiumkarbonat regeneriert werden. Die zweite Elektrolyse-Kammer füllte Licht mit einer Mischung aus Lithiumhydroxid und Natriumhydroxid. Aufgeheizt auf 300 Grad setzte bei einer Spannung von 1,42 Volt die Elektrolyse ein, bei der Wasserstoff und Sauerstoff entstanden.


    Über diese gekoppelte Elektrolyse konnten die Bestandteile von Synthesegas – Wasserstoff und Kohlenmonoxid – allein mit dem Strom aus einer Solarzelle erzeugt werden. Zum Aufheizen der Salzschmelzen ließ sich zudem die Wärmestrahlung nutzen. „So konnten wir das gesamte Spektrum der Sonne in unserem Prozess einsetzen“, sagt Licht. In ihrem Labor mussten die Forscher allerdings zusätzlich elektrisch heizen, um die hohe Temperatur von 950 Grad zu erreichen. Mit stark konzentriertem Sonnenlicht, das etwa in Solarturmkraftwerken einen Kristallblock auf über 1000 Grad aufheizen kann, könnte diese Hitze in Zukunft ebenfalls klimaneutral erreicht werden.

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