Forschende haben eine kostengünstige Alternative für einen entscheidenden Bestandteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen entwickelt. Anstelle des teuren und seltenen Edelmetalls Platin nutzen sie einen Katalysator aus speziell behandeltem Torf. Diese Entwicklung könnte die Herstellung von Brennstoffzellen deutlich günstiger machen und somit deren Einsatz in Fahrzeugen und anderen Anwendungsbereichen beschleunigen.
Brennstoffzellen wandeln chemische Energie aus Wasserstoff direkt in elektrische Energie um, wobei als Nebenprodukt nur Wasser entsteht. Ein zentraler Prozess dabei ist die sogenannte Sauerstoffreduktionsreaktion, die eine sehr langsame chemische Reaktion ist. Um sie zu beschleunigen, sind Katalysatoren notwendig, die diesen Vorgang effizienter gestalten.
Bisher war Platin das Material der Wahl für diese Aufgabe, allerdings ist es extrem teuer und seine Vorkommen sind begrenzt. Wissenschaftler suchen daher seit Langem nach günstigeren und leichter verfügbaren Materialien. Die neue Methode setzt auf Torf, einen organischen Rohstoff, der in großen Mengen vorhanden und entsprechend preiswert ist.
So funktioniert die Brennstoffzelle ohne Platin
Das Forschungsteam der RMIT University in Melbourne hat einen Weg gefunden, Torf in einen leistungsfähigen Katalysator umzuwandeln. Dazu wird der Torf zunächst getrocknet und anschließend in einem speziellen Verfahren erhitzt. Während dieses Prozesses entsteht eine poröse Kohlenstoffstruktur, die mit winzigen Eisenpartikeln durchsetzt ist.
Diese Eisenatome sind der Schlüssel zur katalytischen Wirkung, denn sie beschleunigen die wichtige Sauerstoffreduktionsreaktion. Die poröse Struktur des Materials sorgt außerdem für eine große Oberfläche, wodurch viele Reaktionspunkte zur Verfügung stehen. Dadurch erreicht der Torf-basierte Katalysator eine Effizienz, die mit der von herkömmlichen Platin-Katalysatoren vergleichbar ist.
Ein weiterer Vorteil des Materials ist seine Haltbarkeit. Erste Tests zeigten, dass die Leistungsfähigkeit des Katalysators auch nach längerem Betrieb stabil bleibt, was eine wichtige Voraussetzung für den praktischen Einsatz ist.
Günstiger Torf als Katalysator mit großem Potenzial
Der größte Nutzen des neuen Verfahrens liegt in der drastischen Kostensenkung. Während Platin zu den teuersten Metallen der Welt gehört, ist Torf ein weit verbreiteter und günstiger Rohstoff. Die Umwandlung in den benötigten Kohlenstoffschaum ist ebenfalls ein vergleichsweise einfacher und kosteneffizienter Prozess.
Dadurch könnten die Herstellungskosten für Brennstoffzellen erheblich sinken. Dies würde nicht nur die Elektromobilität mit Wasserstoffantrieb attraktiver machen, sondern auch andere Anwendungsfelder erschließen. Beispielsweise könnten solche Brennstoffzellen als stationäre Energiespeicher oder in der dezentralen Stromversorgung eine wichtige Rolle spielen.
Außerdem verringert der Verzicht auf Platin die Abhängigkeit von den wenigen Ländern, in denen das Edelmetall abgebaut wird. Die Nutzung eines global verfügbaren Rohstoffs wie Torf schafft somit eine größere Versorgungssicherheit und reduziert geopolitische Risiken.
Praktische Anwendung und nächste Schritte
Die Forschenden haben bereits einen Prototyp einer Brennstoffzelle mit dem neuen Katalysator gebaut und erfolgreich getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Technologie grundsätzlich funktioniert und eine vielversprechende Alternative darstellt. Der nächste Schritt besteht darin, das Verfahren weiter zu optimieren und für eine industrielle Produktion zu skalieren.
Allerdings muss auch die ökologische Seite betrachtet werden. Der Abbau von Torf ist mit Eingriffen in empfindliche Ökosysteme wie Moore verbunden, die wichtige CO₂-Speicher sind. Zukünftige Forschung wird daher klären müssen, wie der Rohstoff nachhaltig gewonnen oder durch andere Biomasse-Quellen ersetzt werden kann, um die Umweltbilanz weiter zu verbessern.
