Die Wasserstoffperoxidproduktion in Brennstoffzellen verbessern
Wasserstoffperoxid speichert genauso wie Wasserstoff chemische Energie und gibt bei der Spaltung in Wasser und Sauerstoff Wärme frei. Für die Erzeugung von Wasserstoffperoxid mithilfe des Anthrachinon-Verfahrens sind jedoch große und kostspielige Anlagen erforderlich und es entstehen hohe Transportkosten. Daher ist es unrentabel. Zur Lösung dieses Problems und um Wasserstoffperoxid vor Ort und auf Abruf verfügbar zu machen, optimierte das EU-finanzierte Projekt "Nanostructures for energy and chemicals production" (NENA) die Wasserstoffperoxidproduktion in Brennstoffzellen. Zu den Zielen gehörte die Entwicklung theoretischer und computerchemischer Prozesse zur Erzeugung nanoskaliger, elektrokatalytischer Materialien sowie Wasserstoffperoxid und Epoxiden in Brennstoffzellen unter Verwendung von Nanopartikeln aus unterschiedlichen Materialien. Zunächst untersuchten die Wissenschaftler einen Mechanismus zur Senkung der Aktivierungsenergie bei der Wasserstoffoxidationsreaktion. Laut dieses Modells sind die Metalle der Platingruppe aufgrund ihres hohen elektrochemischen Potenzials – auch als Fermi-Niveau bezeichnet – gute Katalysatoren, Nickel und Kobalt hingegen sind aus dem selben Grund schlechte Katalysatoren. Bei der Untersuchung des Mechanismus der Sauerstoffreduktion und der Verwendung verschiedener Oxide und Metalle als Elektrokatalysatoren wurde bei der Wasserstoffperoxidproduktion aus einer einzigen Zelle eine Konzentration von 8 % erreicht. Dies stellt die höchste jemals erreichte Konzentration dar. Das NENA-Projekt wies die Machbarkeit der Wasserstoffperoxidproduktion durch die elektrochemische Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff in Brennstoffzellen nach. Die Technik könnte innerhalb der nächsten Jahre in der Industrie implementiert werden. Der neue Prozess könnte die Produktionskosten von Wasserstoffperoxid senken und damit eine Möglichkeit zur lokalen Erzeugung mit erneuerbaren Ressourcen darstellen. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Erkenntnisse eine neue Herangehensweise zur industriellen Produktion von Chemikalien ermöglichen werden, deren Synthese Veränderungen der Oxidationszahl mit sich bringt.
