Forscher der University of California in San Diego http://ucsd.edu haben eine neue Methode entwickelt, um günstig und umweltfreundlich Wasserstoff zu gewinnen. Dazu nutzen sie eine Nanostruktur, die aus baumartigen Gebilden besteht und aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften die Ausbeute an Sonnenenergie und den Wasserstoff-Output maximieren. Ihre Entdeckung wurde nun im Nanoscale-Journal publiziert.
Baumstruktur absorbiert mehr Licht
Vorbild für die Entwicklung ist das Prinzip der künstlichen Photosynthese. Das Team von Deli Wang möchte mithilfe ihrer Erfindung Kohlenstoffdioxid in der Luft einfangen und zu Wasserstoff konvertieren. Dafür bedient man sich eines Prozesses, der Wasser unter Verwendung von Sonnenenergie in seine chemischen Bestandteile aufspaltet.
Im Gegensatz zu glatten Flächen, die Licht großteils reflektieren, absorbiert der „Nanowald“ die einfallenden Sonnenstrahlen. Laut Wang ist das Prinzip, nach dem auch die Photorezeptor-Zellen im menschlichen Auge arbeiten, gut bei Satellitenfotos zu beobachten. Während Wüsten oder Meere hell aufscheinen, sind Wälder auf Bildern aus dem Weltall deutlich dunkler abgebildet.
Kleinere Blasen, höhere Ausbeute
In technischer Hinsicht führt dieses Design zu dem Vorteil, dass die im erhitzten Wasser gebildeten Gasbläschen wesentlich kleiner ausfallen und schneller aufsteigen, was die Ausbeute beschleunigt. „Wir haben dank dieser Struktur die Fläche für chemische Reaktionen zumindest um das 400.000-fache vergrößert“, erklärt Projektleiter Ke Sung das Phänomen.
Die winzigen Strukturen bestehen aus Silizium und Zinkoxid. Sie sind daher wesentlich billiger als die aktuell eingesetzten Katalysatoren aus Platin. Günstigere Wasserstoffzellen eignen sich für ein breites Anwendungsspektrum, die von der allgemeinen Stromversorgung bis hin zum Einbau in Handheld-Elektronik und Fortbewegungsmittel reicht.
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Bäumchen: 3D-Struktur erhöht Lichtabsorption und Gas-Output (Foto: UC San Diego)