So könnte man Wasserstoff herstellen

MANGAN-Cluster erforscht das chemische Element und seine Verbindungen für die Energiewende.
Der Anteil des Stromverbrauchs, den europäische Staaten aus erneuerbaren Energien decken, steigt. Ende 2015 erzeugten Sonnen- und Windkraftanlagen bereits über 80 Gigawatt Strom, wie aktuelle Analysen zeigen. Je nach Szenario werden 2050 bis zu 378 Gigawatt benötigt, also mehr als das Vierfache.

Doch ein hoher Anteil erneuerbarer Energien bedeutet, dass viel überschüssiger Strom produziert wird, weil oft der Wind weht, wenn die Sonne scheint – auch wenn in diesen Zeiten gerade gar nicht so viel Energie benötigt wird. Deshalb arbeiten Wissenschaftler mit Hochdruck daran, diesen überschüssigen Strom sinnvoll zu verwenden, beispielsweise um mit Hilfe der Wasserelektrolyse Wasserstoff zu produzieren. Hierbei lässt sich der Strom nutzen, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten. Mithilfe von Wasserstoff lassen sich wiederum Brennstoffe wie Methan oder Methanol herstellen. Daneben ist Wasserstoff selbst vor allem ein Energiespeicher und somit ein wichtiger Teil der Energiewende. Auch Sonnenlicht ist in der Lage, Wasser zu spalten - wie in den Blättern von Pflanzen. Ein weiteres Forschungsgebiet befasst sich deshalb mit der künstlichen Photosynthese, also wie man aus Sonnenstrahlen chemische Energie gewinnt.

Beide Methoden profitieren dabei von einem chemischen Katalysator, der die Prozessbedingungen einfacher und wirtschaftlicher macht. Das chemische Element Mangan könnte sich als Katalysator eignen. Deshalb arbeiten seit Anfang Juli 2015 Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Energiekonversion und des Helmholtz-Zentrums Berlin in einem Cluster, der zehn Hochschulen und vier Forschungseinrichtungen miteinander verbindet, an der Frage, welches technische Potential Mangan hat. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert den Mangan-Cluster seit dem 1. Mai 2015 mit rund 12,3 Millionen Euro. 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen eine Vielzahl an Mangan-Verbindungen, und möchten herausfinden, ob sie die bisher als Katalysatoren verwendeten Edelmetalle Ruthenium und Iridium ersetzen könnten.

Im Gegensatz zu diesen beiden teuren und äußerst seltenen Edelmetallen kommt Mangan in der Erdkruste mit fast einem Prozent verhältnismäßig häufig vor und wird –hauptsächlich in Stahllegierungen – im industriellen Maßstab genutzt. Bedeutende Vorkommen finden sich vor allem in Südafrika sowie ferner in der Ukraine, Brasilien, Australien, Indien, Gabun und China.

Das Projekt läuft bis Ende April 2018. Das Ergebnis soll eine praxisorientierte Empfehlung an Anwender sein und eine Bewertung der Leistungsfähigkeit von Manganverbindungen als Katalysator. Die Anwender sind Materialtechnologie-Unternehmen, wie zum Beispiel die chemische Industrie. Wird das Projekt ein Erfolg könnten Katalysatoren auf Mangan-Basis kommerziell produziert werden. Die Kosten für die Wasserelektrolyse würden dann sinken und die Wasserstoffherstellung beschleunigt.

Link zum Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion: „BMBF-Fördermaßnahme MANGAN“

Link zu Helmholtz-Zentrum Berlin: „Auf dem Weg zur künstlichen Photosynthese“