Wissenschaftler finden kostengünstigen Weg zur sauberen Wasserstoffproduktion

Häufig geschieht dies durch energieintensive Prozesse, die erhebliche Kohlendioxidemissionen nach sich ziehen. Das neue Verfahren der britischen Forscher ermöglicht die Wasserstoffproduktion bei niedrigen Temperaturen.

Dies verspricht den Treibstoff nicht nur günstiger und sauberer zu machen, sondern auch einfacher direkt dort zu erzeugen, wo er benötigt wird. Im Zentrum des Ansatzes steht ein Perowskit-Katalysator, der Wasser bei deutlich niedrigeren Temperaturen als konventionelle thermochemische Verfahren in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet.

Dieser Durchbruch könnte es ermöglichen, industrielle Abwärme aus Sektoren wie Stahl, Zement, Glas und Chemie für die lokale Wasserstoffproduktion zu nutzen. Die thermochemische Wasserspaltung hat sich bereits als vielversprechende Alternative zur konventionellen Herstellung etabliert.

Moegliche Anwendungen

Dabei absorbieren Katalysatoren wiederholt Sauerstoff und geben ihn ab, während gleichzeitig Wasser in seine Bestandteile getrennt wird. Bestehende Katalysatoren benötigen jedoch typischerweise Temperaturen zwischen 700 und 1000 Grad Celsius für die Wasserspaltung.

Für die Regeneration zwischen den Zyklen sind sogar Werte von 1300 bis 1500 Grad Celsius erforderlich. Diese hohen Anforderungen schränken die praktische Anwendbarkeit und Effizienz stark ein.

Ein ät für Chemietechnik der Universität Birmingham geführtes Team hat nun gezeigt, dass diese Temperaturanforderung mithilfe des neuen Perowskit-Katalysators um 500 Grad Celsius gesenkt werden kann.

Was die Studie zeigt

Die Studie, die im *International Journal of Hydrogen Energy* veröffentlicht wurde, belegt, dass der Katalysator bei Temperaturen zwischen 150 und 500 Grad Celsius erhebliche Wasserstoffausbeuten erzielt. Die Regeneration ist bereits bei 700 bis 1000 Grad Celsius möglich.

Professor Ding erklärte dazu: „Die insgesamt niedrigere Prozesstemperatur könnte es ermöglichen, Wasserstoff in der Nähe der Verbraucher herzustellen.

Branchen wie Stahl, Zement, Glas und Chemie verfügen über eine Fülle an Abwärme, die als Wärmequelle für die Produktion genutzt werden könnte." Wenn Wasserstoff lokal erzeugt wird, können die Herausforderungen bei Speicherung und Transport überwunden werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für teure Infrastruktur zur Fernleitung.

Technischer Hintergrund

Eine erste Kostenanalyse deutet darauf hin, dass die Wasserspaltung mit dem Perowskit-Katalysator günstiger sein könnte als grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse hergestellt wird, oder blauer Wasserstoff, der aus Methan mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) gewonnen wird.

Der Kostenvorteil war insbesondere in Regionen mit niedrigen Preisen für erneuerbare Energien, wie zum Beispiel Australien, am größten. Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit der Universität für Wissenschaft und Technologie Peking (USTB) durchgeführt. Die kommerzielle Verwertung wird und europäischen Partnern vorangetrieben.

Das Unternehmen University of Birmingham Enterprise hat bereits einen Patentantrag für die Nutzung der Niedrigtemperatur-Technologie eingereicht und sucht nun nach Entwicklungspartnern, um die Technologie weiter voranzutreiben. **Warum thermische Wasserspaltung?** Wasserstoff ist zwar das häufigste Element im Universum, kommt auf der Erde jedoch selten als reines Gas vor.

Technik, Energie und Einsatz

Stattdessen ist er meist in anderen Molekülen gebunden, insbesondere in Wasser und Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, das vor allem aus Methan besteht, sowie in Kohle und Öl. Die heute vorherrschende Methode zur Gewinnung ist das Dampfreformieren, bei dem Methan aufgespalten wird, um Wasserstoff zu erzeugen.

Dieser Prozess macht fast die Hälfte der weltweit produzierten Wasserstoffmenge aus, erzeugt jedoch CO₂ als Nebenprodukt. Dies mindert seinen Wert als kohlenstofffreie Energiequelle, es sei denn, er wird mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung kombiniert.

Die Elektrolyse bietet eine grünere Alternative zur Wasserstoffproduktion, muss sich jedoch mit dem günstigeren Wasserstoff aus der Methanaufspaltung messen. Aktuell liefert sie nur etwa vier Prozent der weltweiten Wasserstoffversorgung.

Technik und Auswirkungen

Photoniische Verfahren nutzen Licht für die Umwandlung, befinden sich aber noch in einem frühen Stadium und stehen vor erheblichen Herausforderungen hinsichtlich Effizienz, Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. **Zum Perowskit-Katalysator** Perowskite sind gitterartige Materialien, die Sauerstoffmoleküle in ihre Struktur aufnehmen und Sauerstoff enthaltende Moleküle in ihre Bestandteile spalten können.

Es gibt viele Formen dieser Materialien; die Forscher konzentrierten sich dabei auf Verbindungen aus Barium, Niob, Calcium und Eisen (BNCF-Perowskite). Diese Materialien sind leicht verfügbar, erfordern keine komplexe Synthese und enthalten keine giftigen Bestandteile.

Die Arbeiten zeigten, dass BNCF-Perowskite Sauerstoff bei deutlich niedrigeren Temperaturen in ihre Strukturen aufnehmen können als bisher angenommen. Als beste Formulierung wurde ein Perowskit namens BNCF100 identifiziert.

Was die Studie zeigt

Die Studie bestätigte zudem, dass der Katalysator bei niedrigeren Temperaturen regeneriert werden kann als derzeitige Wasserspaltungs-Katalysatoren und über mehr als 10 Produktionszyklen hinweg Wasserstoff weiter erzeugt. Röntgendiffraktometrie ergab nur geringe Hinweise auf strukturelle Veränderungen des Katalysators während des Prozesses.

Professor Ding fasste zusammen: „Unsere Forschung hat einen Katalysator identifiziert, der bei relativ niedrigen Temperaturen erhebliche Wasserstoffausbeuten liefert.

Eine vorläufige techno-ökonomische Studie zeigt, dass er im Vergleich zu den etablierten blauen und grünen Wasserstoffproduktionspfaden kosteneffizient ist." **Referenz:** „Remarkable thermochemical water-splitting Ba2Ca0.66Nb1.34-xFexO6-δ perovskites at medium temperatures for hydrogen production",, Wei Guo, Lige Tong, Yulong Ding und Wang, 30.

April 2026, *International Journal of Hydrogen Energy*. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.152637. **Förderung:** Engineering and Physical Sciences Research Council (Förderkennzeichen EP/T022981/1), Universität für Wissenschaft und Technologie Peking sowie China Scholarship Council (CSC).