Die Produktion von Wasserstoff ohne Strom und Elektrolyseur wäre ein Meilenstein auf dem Weg zur Energiegewinnung der Zukunft. Würzburger Forscher sind dem nun näher gekommen.

 

Das Geheimnis, das die Forscher der Würzburger Julius-Maximilians-Universität (JMU) nun präsentierten, ist eine Art künstlicher Tasche. Diese liegt um einen Ruthenium-Katalysator und sorgt dafür, dass die Wassermoleküle für den protonengekoppelten Elektronentransfer in einer genau definierten Anordnung arrangiert werden, ganz ähnlich, wie es in Enzymen geschieht. Das Ergebnis: effiziente katalytische Aktivitäten, ähnlich hoch wie im Photosynthese-Apparat der Pflanzen.

Entdeckt hat den Prozess ein Forschungsteam um den Chemiker Frank Würthner, Professor am Institut für Organische Chemie der JMU. Schon in einem ersten Durchbruch 2016 hatte Würthners Team eine Art künstliches Enzym entwickelt, das den ersten Schritt der Wasserspaltung erledigen kann.

Vorbild dabei ist die Photosynthese der Pflanzen. Um Wasser (H2O) in zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom zu spalten, entziehen sie jeweils zwei Wassermolekülen vier Elektronen und vier Protonen. Dabei nutzen sie ein komplexes Gebilde als Katalysator, bestehend aus einem Cluster mit vier Mangan-Atomen, über die sich die Elektronen verteilen können.

Würthers Team entwickelte damals einen Wasseroxidations-Katalysator, der aus drei miteinander agierenden Ruthenium-Zentren innerhalb eines makrozyklischen Konstrukts bestand, um diesen Prozess nachzuahmen. Nun gelang es den Chemikerinnen und Chemikern, die Reaktion mit einem einzigen Ruthenium-Zentrum noch effizienter ablaufen zu lassen.

Langfristig planen die Würzburger Forscher, diesen Wasseroxidations-Katalysator in ein künstliches Bauteil einzubauen, das mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser in seine beiden Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und so grünen Wasserstoff ganz ohne den Einsatz von Strom und Elektrolyseur produziert. Das allerdings, so die Forscher, werde noch eine Weile dauern, denn der Katalysator müsse dafür mit weiteren Komponenten zu einem funktionierenden Gesamtsystem gekoppelt werden: mit lichtsammelnden Farbstoffen und mit sogenannten Reduktionskatalysatoren.