Die Elektrolyse von Wasser ist ein Prozess, bei dem mit elektrischem Strom Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Es wird oft als Experiment in wissenschaftlichen Labors der High School durchgeführt und wurde als Methode zur Gewinnung von Wasserstofftreibstoff untersucht. Bis 2010 hatte die Wasserelektrolyse jedoch keine breite kommerzielle oder industrielle Anwendung gefunden. Der Prozess erfordert drei Komponenten: eine Stromquelle, zwei Elektroden und Wasser.
Reines Wasser wird bei der Elektrolyse nicht verwendet – reines Wasser hemmt die elektrische Leitung. Damit der elektrische Strom durch das Wasser fließen kann, müssen ihm Stoffe zugesetzt werden. Diese Stoffe lösen sich auf, um sogenannte Elektrolyte zu bilden.
Ein Elektrolyt ist jede Substanz, die Elektrizität leitet. Elektrolyte können Elektrizität leiten, da sie aus elektrisch geladenen Atomen oder Molekülen, den sogenannten Ionen, bestehen. Obwohl Wasser aus Wasserstoff- und Sauerstoffionen besteht, besitzt das Wassermolekül selbst eine neutrale elektrische Ladung. Üblicherweise werden dem Wasser Salz oder einige Tropfen einer Säure oder Base zugesetzt, um eine Elektrolytlösung zu bilden.
Batterien, eine Gleichstromquelle (DC) oder elektrische Solarpaneele werden üblicherweise verwendet, um Elektrizität für die Elektrolyse von Wasser zu liefern. Zwei Elektroden werden an die Stromquelle angeschlossen und in einen Wasserbehälter getaucht. Wenn Strom angelegt wird, beginnen sich die Wassermoleküle zu spalten und bilden instabile Ionen aus Wasserstoff (H+) und Hydroxid (OH-).
Die Wasserstoffionen, denen ein Elektron fehlt, sind positiv geladen. Sie wandern zur negativen Elektrode, wo freie Elektronen in das Wasser fließen. Hier gewinnen die Wasserstoffionen ein Elektron, um stabile Wasserstoffatome zu bilden. Einzelne Wasserstoffatome verbinden sich zu Wasserstoffmolekülen (H2), die an die Oberfläche sprudeln. Diese Reaktion kann ausgedrückt werden als: 2 H+ + 2 e- → H 2.
Im Gegensatz dazu tragen die Hydroxidionen zu viele Elektronen. Sie wandern zur positiven Elektrode, wo die zusätzlichen Elektronen abgezogen und in den Stromkreis gezogen werden. Dies hinterlässt Sauerstoffmoleküle und Wasser. Diese Reaktion kann ausgedrückt werden als: 4 OH-− 4 e- → O2 + 2H2O. Die Sauerstoffmoleküle perlen an die Oberfläche.
Obwohl die Elektrolyse von Wasser hauptsächlich auf Labore beschränkt war, hat die Verwendung von Wasserstoff als sauberer Energieträger neues Interesse geweckt. Die Suche nach einer sauberen Energiequelle zum Antreiben der Reaktion wirft jedoch praktische und ökologische Bedenken auf. Die Elektrolyse von Wasser ist weder effizient noch billig.
Die Kraftstoffkosten waren ein großes Hindernis. Die Umweltauswirkungen der Stromerzeugung sind eine andere. Besonders zu berücksichtigen ist das Kohlendioxid, das von thermischen Kraftwerken freigesetzt wird. Diese ökologischen und technologischen Schwierigkeiten könnten sich als nicht unüberwindbar erweisen. Bis sie überwunden sind, bleibt die Wasserhydrolyse jedoch eine unpraktische Quelle zur Deckung des Energiebedarfs der Gesellschaft.