Nachdem deutsche Autobauer bei den batteriebetriebenen Elektroautos noch etwas Nachholbedarf haben, hat die Bundesregierung nun beschlossen, den Ausbau von Wasserstofftechnologien in den nächsten Jahren gezielt fördern. „Wasserstoff ist einer der Kraftstoffe der Zukunft“, sagte Verkehrsminister Andreas Scheuer (CSU) am vergangenen Dienstag in Berlin. „Jetzt muss die Automobilindustrie bezahlbare Fahrzeuge auf den Markt bringen und den Menschen zeigen, dass die Technik zuverlässig funktioniert.“

Wirklich emissionsfrei ist aber auch das Wasserstoffauto nicht, da der Treibstoff durch eine sogenannte „Elektrolyse“ erst aufwendig produziert werden muss. Dabei werden die Atome von Wasser (H2O) mit viel Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) aufgespalten. Erst dadurch kann in der Brennstoffzelle Strom entstehen, wenn der Wasserstoff durch den Sauerstoff der Luft wieder zu Wasser wird und die dabei im Wasserstoff gespeicherte Energie in Elektrizität umwandelt.

Mehr Artikel zum Thema Wasserstoff finden Sie hier.

Wissenschaftler des Trinity College in Dublin haben nun jedoch einen großen Schritt in Richtung einer klimaneutralen, völlig erneuerbaren Energie gemacht, bei der Wasser das einzige Abfallprodukt wäre. Sie wollen mit Ökostrom (wie Wind- und Solarstrom) Wasser aufspalten, um energiereichen Wasserstoff zu erzeugen, der dann gespeichert und in Brennstoffzellen verwendet werden kann. Das sei besonders interessant, wenn Wind- und Solarenergiequellen Strom zur Wasserspaltung erzeugen, da man so Energie für Zeiten speichern könne, wenn diese erneuerbaren Quellen nicht verfügbar seien, erklären die Wissenschaftler.

Neue Katalysatoren

Wasser ist jedoch sehr stabil und man benötigt daher sehr viel Energie, um es aufzuspalten. Katalysatoren können dabei helfen. Sie machten die Teilung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aber bisher sehr teuer. Elemente wie Platin, Ruthenium oder Iridium sind für die Vermarktung unbezahlbar. Andere, billigere Optionen sind normalerweise nicht so effizient oder nicht widerstandsfähig genug. Eine Gruppe von Chemikern und theoretischen Physikern des Trinity College haben nun aber vielleicht den Stein der Weisen gefunden, um dieses Problem zu lösen – mithilfe von KI und Hochleistungscomputern.

Das Team um Professor Max García-Melchor entdeckte bei der Untersuchung von Molekülen, die Sauerstoff produzieren, dass die Aktivität einiger der reaktionsfähigeren Katalysatoren bisher unterschätzt wurde. Außerdem konnten sie ein theoretisches Modell verbessern, das bisher zur Vorhersage der Effizienz von wasserspaltenden Katalysatoren verwendet wird.

Wir wissen, was wir jetzt optimieren müssen, deshalb geht es nur darum, die richtigen Kombinationen zu finden,

sagt der Hauptautor der Studie, Michael Craig. Nun will das Team mithilfe künstlicher Intelligenz den Katalysator mit dem größten Potential finden. Dazu wollen die Forscher eine große Anzahl von kostengünstigen Metallen und Liganden miteinander verschmelzen. Liganden sind Atome oder Moleküle, die Metalle miteinander verschmelzen, um Katalysatoren zu bilden. Dann werden sie auswerten, welche der vielen Kombination am vielversprechendsten ist. Im Prinzip habe man also das Grundprinzip für das Design idealer Katalysatoren bereits festgelegt, betonen die Wissenschaftler.

„Wir sind noch nicht am Ziel, aber wir haben die Größe des Heuhaufens deutlich reduziert und sind überzeugt, dass die künstliche Intelligenz uns helfen wird, viel von dem verbleibenden Heu zu sammeln“, sagte García-Melchor. „Diese Forschung ist aus einer Reihe von Gründen enorm spannend, und es wäre unglaublich, eine Rolle dabei zu spielen, die Welt zu einem nachhaltigeren Ort zu machen.“ Darüber hinaus würde das zeigen, was erreicht werden kann, wenn Forscher aus verschiedenen Disziplinen zusammenarbeiten, um ein Problem zu lösen, das jeden einzelnen betrifft.

Das Forschungsprojekt wurde von der Science Foundation Ireland und dem Irish Centre for High-End Computing (ICHEC) unterstützt und konnte von 4.500.000 CPU-Stunden in Irlands modernster Supercomputeranlage profitieren. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.