Dank dieses neuen elektrochemischen Prozesses ist die solarbetriebene Wasserstoffproduktion nun Realität

Insbesondere die Erzeugung sauberer Energie kann eine schwierige Aufgabe sein, die in manchen Szenarien den Vorteil ihrer Nutzung von vornherein stark schmälert.

Die solarbetriebene Wasserstoffproduktion ist seit Jahrzehnten ein Ziel von Ingenieuren, aber die Aufgabe hat sich als teuer und sehr schwierig zu bewältigen erwiesen, was dazu geführt hat, dass die Wissenschaft hinter anderen Methoden zur Erzeugung grüner Energie wie Solarenergie und Geothermie zurückbleibt Optionen.

Dieser Monat markiert einen wichtigen Fortschritt in dieser Forschung, da ein Team von Ingenieuren aus der EU einen elektrochemischen Kunststoffrecyclingprozess eingeführt hat, der Wasserstoff als sauberes Nebenprodukt erzeugt. Folgendes müssen Sie wissen

Insbesondere die Erzeugung sauberer Energie kann eine schwierige Aufgabe sein, die in manchen Szenarien den Nutzen ihrer Nutzung erheblich schmälert. Die Einrichtung, Überwachung und Wartung von Systemen wie Solarpaneelen und Windparks kann viel kosten. Darüber hinaus benötigen sie viel Platz und sind häufig auf ältere Herstellungsmethoden angewiesen, deren Herstellung nicht umweltfreundlich ist. Diese Forschung zielt darauf ab, dieses Paradigma zu verändern und die Produktionsmethoden und -strategien im Einklang mit dem Gesamtziel der Erzielung sauberer Energie zu halten.

Plastikmüll

Die Menge an Plastikmüll hat weltweit historische Ausmaße erreicht. Bereits im Jahr 2024 prognostizieren Analysten, dass 220 Millionen Tonnen Plastikmüll produziert werden. Leider gelangen nur etwa 10 % dieser Abfälle jemals in eine Recyclinganlage. Folglich landen die restlichen 90 % des Abfalls auf Mülldeponien, in Wasserstraßen und auf Stadtstraßen.

Könnte schlimmer werden

Laut Umweltschützern und Forschern wird sich das Plastikmüll-Dilemma in den kommenden Jahren nur noch verschlimmern. Zum einen sorgt jedes Jahr für eine verbesserte Produktionskapazität, was zu mehr Verbrauch und Verschwendung führt.

Die Gefahren durch Plastik nehmen zu

Im Laufe der Zeit zerfällt Kunststoff in schädliche Nebenprodukte, die zusätzlich zu den offensichtlichen Auswirkungen auf die Umwelt zu Gesundheitsproblemen wie Krebs und Antibiotikaresistenzen führen können. In der Nahrungskette wurden winzige Plastikschadstoffe gefunden.

Bemerkenswert ist, dass ein großer Teil dieser Kunststoffabfälle Polystyrol enthält, das Produkt, das die Ingenieure für ihre Kohlenstoffrecyclingstrategie ins Visier genommen haben, die sie zur solarbetriebenen Wasserstoffproduktionsstrategie führte.

Carbon Recycling zielt darauf ab, Abfall zu reduzieren

Derzeit stehen viele verschiedene Recyclingmethoden zur Verfügung, um den Abfall zu reduzieren. Eines der bekanntesten und effektivsten Verfahren ist das Kohlenstoffrecycling. Bei dieser Strategie geht es darum, Abfälle abzubauen und daraus neue Materialien zu schaffen, die dann in anderen Herstellungsprozessen verwendet werden können.

Das Ziel des Kohlenstoffrecyclings besteht darin, eines Tages Abfall zu vermeiden, indem nutzloser Kunststoffabfall umgewandelt und ihm in Form von Industriematerial im Frühstadium neues Leben eingehaucht wird. Hier sind die heute am häufigsten verwendeten Arten des Kohlenstoffrecyclings.

Elektrochemischer Abbau

Der elektrochemische Abbau nutzt eine Mischung aus bestimmten Chemikalien und unterschiedlichen elektrischen Ladungen, um den Kunststoffabfall zu trennen und neue chemische Bindungen herzustellen. Diese Methode erfordert viel Strom, um die chemischen Bindungen erfolgreich aufzubrechen und kleinere, nützlichere Moleküle zu hinterlassen.

Biologischer Abbau

Biologischer Abbau ist eine weitere Form des Kohlenstoffrecyclings, die in den letzten Jahren immer beliebter geworden ist. Bei dieser Methode werden lebende Organismen wie Pilze und Bakterien einbezogen.  Diese Mikroorganismen ernähren sich auf molekularer Ebene von Plastikmüll, wodurch Kohlenstoff- und Sauerstoffmoleküle freigesetzt werden.

Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass keine großen Mengen Strom oder gefährliche Chemikalien benötigt werden. Allerdings kann es langsam sein, und es gibt keine Möglichkeit, vollständig zu bestimmen, wie lange der Abbauprozess dauern wird, da Umweltbedingungen und andere Faktoren die Leistung des Mikroorganismus beeinträchtigen könnten.

Thermische Zersetzung

Bei der thermischen Zersetzung wird Wärme genutzt, um molekulare Bindungen aufzubrechen und Kohlenstoffmoleküle freizusetzen. Dabei handelt es sich um einen Prozess namens Pyrolyse. Bei dieser Methode werden Wärme, Dampf und Strom erzeugt, die zum Ausgleich des Produktionsbedarfs genutzt werden können. Die thermische Zersetzung sorgt für geringe Emissionen, reduziert Luftschadstoffe und kann Bioöl, Kohlenstofffasern und viele andere wertvolle Produkte produzieren.

Studie zu Wasserstoff aus Sonnenkollektoren

Diesen Monat veröffentlichte ein Team von Ingenieuren des Friedrich-Wöhler-Forschungsinstituts für Nachhaltige Chemie in Göttingen in der Zeitschrift Angewandte Chemie eine Studie, in der es einen neuen elektrochemischen Prozess beschreibt, der nur minimale Energie benötigt und keine schädlichen Nebenprodukte erzeugt.

Die Methode basiert auf einem Prozess namens Eisenelektrokatalyse, der die Materialien stimuliert und den Abbau unterstützt. In der Studie wird insbesondere der Einsatz einer elektrokatalytischen Methode untersucht, um einen effizienteren Abbau von Polystyrolen zu ermöglichen. Die Ingenieure haben erfolgreich bewiesen, dass die Umwandlung von Kunststoffabfällen in Industriematerialien wie monomere Benzoylprodukte möglich ist und dabei Wasserstoff als Nebenprodukt erzeugt.

Testen

Die Tests begannen damit, dass Ingenieure versuchten, Plastikmüll im Grammmaßstab umzuwandeln. Konkret schuf das Team einen Eisen-Porphyrin-Komplex, der zwischen verschiedenen Oxidationsschritten wechseln kann und so den Polystyrol-Abbauprozess beschleunigt.

Ergebnisse

Die Tests bewiesen, dass die Forscher mit dieser Methode neben einer Vielzahl anderer hilfreicher Industriematerialien, wie Benzoesäure, die in vielen Konservierungsmitteln enthalten ist, und Benzaldehyd, erfolgreich Wasserstoff erzeugen konnten. Bemerkenswerterweise hatten sie sich gar nicht zum Ziel gesetzt, Wasserstoff zu produzieren, sondern vielmehr die Effizienz ihrer energiearmen CO2-Recyclingmethode zu demonstrieren.

Vorteile

Diese Forschung bringt den Märkten viele verschiedene Vorteile. Zum einen basiert der Prozess vollständig auf Eisen. Eisen ist keine Seltenheit und kommt überall auf der Welt vor. Diese leicht verfügbare Zutat ist leicht zu beschaffen, kostengünstig und in großen Mengen erhältlich.

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