Durchbruch: Enzyme produzieren grünen Wasserstoff mit 90% Effizienz

Grünes H2 in großen Mengen

Wasserstoff wird in den kommenden Jahren massiv an Bedeutung gewinnen. Damit er seine Rolle in der Energiewende spielen kann, muss er allerdings auch klimaneutral produziert werden. Aktuell stammen aber 95 Prozent des genutzten Wasserstoffs noch aus fossilen Brennstoffen. Das ändert sich nur durch die Installation teurer Elektrolyseure, die mit Strom aus erneuerbaren Quellen versorgt werden. Diese Systeme kommen derzeit auf Wirkungsgrade von 60 bis 70 Prozent, damit das erreicht wird, benötigt man im Inneren aber zusätzliche Katalysatoren aus seltenen Metallen wie Platin. Das ist einer der Gründe, warum der grüne Wasserstoff derzeit noch deutlich teurer ist als etwa der graue Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird und bei dessen Produktion große Mengen Kohlendioxid freigesetzt werden.


Das neue Verfahren der israelischen Wissenschaftler setzt an den geringen Mengen Wasserstoff an, die überall in der Atmosphäre zu finden sind. Dieser stammt zu einem guten Teil aus Photosynthese-Prozessen von Mikroorganismen. Hier sorgen Enzyme dafür, dass Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird und für weitere Reaktionen zur Verfügung steht. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass diese Enzyme nicht durch Sonnenlicht, sondern über elektrischen Strom mit der notwendigen Energie versorgt werden.

Davonlaufen verhindern

Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass das Enzym im Allgemeinen vor der elektrischen Ladung "davonläuft", wenn es im Labor Wasserstoff herstellt. Daher kamen die Forscher auf die Idee, statt des Wassers ein Hydrogel zu verwenden. Dieses hält die Enzym-Moleküle an ihrem Platz und sorgt so für stabile Voraussetzungen für die Wasserstoff­produktion. Das Verfahren kommt letztlich auf eine Effizienz von rund 90 Prozent.

"Das Material des Gels selbst ist bekannt, aber unsere Innovation besteht darin, es zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden", sagte Iftach Yacoby von der School of Plant Sciences and Food Security der Universität Tel Aviv, der das Projekt leitet. "Wir haben die Elektrode in das Gel getaucht, das ein Enzym zur Wasserstoffproduktion, die Hydrogenase, enthält. Das Gel hält das Enzym lange Zeit unter elektrischer Spannung und ermöglicht es, Wasserstoff mit großer Effizienz und unter für das Enzym günstigen Umweltbedingungen zu produzieren. Und das funktioniert beispielsweise auch mit Salzwasser, während bei der Elektrolyse zwingend destilliertes Wasser benötigt wird.