Bei der Wasserspaltung wird die chemische Verbindung von Wasser in ihre Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Es gibt viele Ansätze zur Wasserspaltung, die häufigste davon ist die Elektrolyse, bei der ein elektrischer Strom durch Wasser geleitet wird, um Wasserstoff- und Sauerstoffionen zu erzeugen. Obwohl viele Methoden der Wasserspaltung hinsichtlich des Energiebedarfs zur Abtrennung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser im Vergleich zu der Energie, die später aus dem reinen Wasserstoff als Kraftstoff gewonnen werden kann, nicht energieeffizient sind, wird das Verfahren dennoch als potenzielle Alternative zum Ersatz von a Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Anwendungen mit Solarenergie und neuen chemischen Katalysatoren zur Wasserspaltung bieten eine vielversprechende Methode, um erneuerbare Nettoenergiegewinne zu erzielen, ohne dabei Treibhausgasemissionen oder andere Schadstoffe zu erzeugen.
Die photokatalytische Wasserspaltung mit Lichtenergie oder anderen erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft wird heute in neuen Formen der Elektrolyse zur Stromerzeugung eingesetzt. Ziel ist es, ein Wasserspaltungssystem zu schaffen, das vollständig mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenlicht betrieben wird und die Wasserstoffproduktion gegenüber fossilen Brennstoffen wettbewerbsfähig macht. Die Herausforderung dabei bestand darin, Elektroden zu entwickeln, die aus kostengünstigen und langlebigen Materialien bestehen. Es wurde festgestellt, dass Kobalt- und Nickelboratverbindungen eine erhöhte Effizienz bieten und sie sind billig und leicht herzustellen. Obwohl diese neuen Elektrodenverbindungen in kommerziellen Solarkraftstoff-Produktionssystemen sicher sind, können sie noch nicht mit der Effizienz industrieller Elektrolyseverfahren konkurrieren, die gefährliche Alkaliverbindungen als Elektrolytlösungen verwenden.
Wasserspaltungsmechanismen, die hinsichtlich der Energiegewinnung am vielversprechendsten sind, basieren auf dem Prozess der Photosynthese, mit dem Pflanzen Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln. Während natürliche Systeme dafür sehr langsam sind und künstliche Systeme, die es nachahmen, hatten zu Beginn der Forschung 1 in Japan zunächst einen Wirkungsgrad von weniger als 1972%, aber neue Verfahren erhöhen die Wasserstoffproduktion. Japanische Forscher begannen 2007 damit, Elektroden aus hydriertem mikrokristallinem Silizium mit Nanopartikeln aus Platin zu beschichten, was die Stabilität und Lebensdauer der Elektroden sowie ihre katalytische Fähigkeit bei der Wasserspaltung weiter steigerte.
Ähnliche Forschungen am National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den Vereinigten Staaten zielen auf Umwandlungsraten von Solar zu Wasserstoff von 14% im Jahr 2015 mit einer erhöhten Lebensdauer der Elektroden von 1,000 Stunden im Jahr 2005 auf 20,000 Stunden im Jahr 2015 ab. Wenn diese Effizienz steigt, sinken die entsprechenden Kosten für die Herstellung von Wasserstoffkraftstoffen, wobei die Kosten für die Herstellung von H . in US-Dollar (USD) pro Kilogramm ($/kg) liegen
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2005 bei 360 USD/kg auf 5 USD/kg im Jahr 2015. Selbst auf diesem Niveau ist die Wasserspaltung zur Herstellung von Wasserstoff immer noch drei- bis zehnmal teurer als die Gewinnung von wasserstoffbasierten Kraftstoffen aus der Reformierung von
Erdgas
. Die Forschung hat noch einiges zu tun, bevor sie mit dem etablierten Energiesektor wirtschaftlich konkurrenzfähig ist.