Post aus Japan: Weltrekord bei der Wasserstoffproduktion

Japans Wissenschaft und Wirtschaft arbeitet unter Hochdruck an Methoden, mit der Kraft der Sonne Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen.

Japan probiert mit Elektronik seit jeher alles Mögliche aus – und oft auch das Unmögliche. Jeden Donnerstag berichtet unser Autor Martin Kölling an dieser Stelle über die neuesten Trends.

In der Diskussion um die wirtschaftliche Zukunft gibt es in Japan einige Oberthemen: Ganz laut spielt die "Roboterrevolution" auf, die Ministerpräsident Shinzo Abe ausgerufen hat. Der dazu passende Refrain trällert "IoT" (Internet of Things) und "Industry 4.0", bei der Japan herauszufinden versucht, was man in Deutschland unter dem Begriff eigentlich versteht und macht. Dann gibt es noch Hymnen auf Akku-Technik und alles was smart ist, von Armbanduhren bis hin zu Städten. Doch bei einem Thema wird richtig Dampf gemacht: der Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft.

Brennstoffzellen für Häuser gibt es schon lange. Die Stromerzeugung aus Wasserstoff für Autos hat Toyota nun auf den Markt gebracht. Gemeinsam mit Honda, Nissan und dem Staat subventioniert der Autobauer zudem den Ausbau von Wasserstofftankstellen. Aber auch an der umweltfreundlichen Erzeugung von Wasserstoff wird an mehreren Stellen des Landes geforscht, um das flüchtige Gas nicht mehr wie bisher aus Gas abspalten zu müssen. Und dabei haben Forscher der Universitäten Tokio und Miyazaki nun einen Weltrekord aufgestellt: die effizienteste durch Solarenergie betriebene Elektrolyse von Wasser.

In einem in "Applied Physics Express" veröffentlichtem Forschungsbericht beanspruchen die Japaner, dass sie 24,4 Prozent der eingefangenen Energie in durch die Elektrolyse freigesetzten Wasserstoff umwandeln konnten. Der bisherige Weltrekord lag fünf Prozentpunkte darunter.

Die Wissenschaftler setzten dabei Solarzellen ein, die durch Linsen das Sonnenlicht auf 2,5 Quadratmillimeter kleine Halbleiter aus Indium, Gallium, Phosphor, Galliumarsenid und Germanium konzentrieren. Der gewonnene Strom wurde zu elektrochemischen Zellen mit einem Polymer-Elektrolyt gelenkt, wo das Wasser in seine Bestandteile gespalten wurde.

Damit haben die Forscher uns dem Traum einer Gesellschaft einen Schritt näher gebracht, die auf erneuerbaren Energieträgern basiert. Die Speicherung von Sonnenenergie in anderer Form, sei es als Strom in Batterien oder Energie in Form von hochgepumptem Wasser, komprimierter Luft und vor allem Wasserstoff ist für kohlendioxidarme Gesellschaften wichtig. Denn dadurch können die hohen Fluktuationen von Sonnenstrom ausgeglichen sowie bei Wasserstoff auch die Probleme des Transports von Energie gelöst werden.

Aber damit Wasserstoff die in ihn gesetzten Hoffnungen erfüllen kann, braucht es hocheffiziente und preiswerte Produktionsmethoden für die Elektrolyse von Wasser, schreiben die Autoren. Und da glauben die Japaner, dass mit ihrer Idee in sonnenreichen Gegenden wie Australien bereits jetzt ein Preis von sieben US-Cent pro Kilowattstunde unterboten werden kann. Der gilt den Experten als Schwelle für eine wirtschaftliche Wasserstoffproduktion. "Wir glauben, dass die Wasserstoffproduktion durch das Kombinieren von hocheffizienten Solarmodulen und elektrochemischen Zellen einer der realistischsten Ansätze für eine erneuerbare Wasserstoffproduktion ist", urteilen die Forscher.

Aber die Nutzung der Sonne ist nicht nur der Wissenschaft vorbehalten. Der Technikkonzern Panasonic setzt für das gleiche Ziel auf eine andere Technik: künstliche Photosynthese. Panasonics Forscher entwickeln Solarzellen für Eigenheime, die Wasserstoff durch Photokatalyse aus Wasser gewinnen. Das Problem dieser Methode war, dass die bisherigen Photokatalysatoren aus Titanoxid nur ultraviolettes Licht umwandelten, erklären die Ingenieure. Panasonic hingegen verwendet Niobnitrit und kann damit mehr als die Hälfte des Lichtspektrums nutzen.

Panasonics Ziel: Die Solarmodule sollen dann anstelle bisheriger Solarzellen auf Hausdächern angebracht werden, um direkt vor Ort Wasserstoff für die heimische Brennstoffzelle oder das Brennstoffzellenauto zu produzieren. Mit der Vermarktung ist es allerdings noch ein wenig hin. Frühestens ab 2020 rechnen die Japaner mit einem freien Verkauf ihrer Technik.

Bereits im Einsatz ist eine Versuchsanlage in einer 10-MW-Solaranlage in der Stadt Kofu, die selbstproduzierten Wasserstoff als ein Speichermedium für die Stromversorgung der Anlage einsetzt. Zuerst werden dort mit Sonnenstrom Lithium-Ionen-Akkus geladen. Sind die Akkus zu 90 Prozent gefüllt, wird der Strom zur Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse verwendet.

Dieser Wasserstoff kann dann später in Brennstoffzellen wieder zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Beispiele zeigen zwei Trends: Die Wasserstoffgesellschaft ist zwar noch Zukunftsmusik. Aber besonders in Japan mehren sich die Techniken, die ihre Verwirklichung noch zu meinen Lebzeiten erlauben (Klopf auf Holz). Zweitens könnte Japan wirklich ein Pionier dieser Entwicklung werden. ()