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23.10.2018

Ammoniakgas könnte Autos künftig abgasfrei machen

pte20181008004 Umwelt/Energie, Forschung/Technologie

Ammoniak macht Autos künftig abgasfrei

Forscher der Rice University arbeiten an neuem Verfahren für alternative Energieträger

Aufwendige Tests im Labor für Nanophotonik (Foto: Jeff Fitlow, rice.edu)
Aufwendige Tests im Labor für Nanophotonik (Foto: Jeff Fitlow, rice.edu)

Houston (pte004/08.10.2018/06:15) - Ammoniak ist ein ideales Ausgangsmaterial für die Herstellung von Wasserstoff. Er könnte in Brennstoffzellen in Strom für Elektroautos umgewandelt werden. Schadstoffe entstehen dabei nicht, lediglich Wasser und Stickstoff, ohnehin Hauptbestandteil der Luft. Doch es gibt zwei Hindernisse. Die Herstellung von Ammoniak benötigt sehr viel Energie. Und die Aufspaltung des Moleküls in Stickstoff und Wasserstoff benötigt hohe Temperaturen.

Licht setzt Turbokräfte frei

Das erste Problem lässt sich lösen, indem das Gas, das bereits bei mäßigem Druck flüssig wird und daher leicht transportiert werden kann, mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt wird, also mit Solar-, Wind- und Wasserstrom. Das zweite Problem haben Forscher des Labors für Nanophotonik an der Rice University http://rice.edu im texanischen Houston gelöst. Sie entwickelten einen Katalysator, dem Licht Turbokräfte verleiht.

Der Katalysator besteht im Wesentlichen aus nanometergroßen Partikeln aus Kupfer, dem ein bisschen Ruthenium beigemischt ist. In dieser Form ist er nicht besser als andere Katalysatoren, die für die Ammoniak-Spaltung eingesetzt werden. Gerät er jedoch in einen Lichtstrahl, reduziert sich die Schwellenenergie, die für die Spaltung nötig ist, so stark, dass der Einsatz als Energielieferant in Fahrzeugen greifbar zu sein scheint. Ursache ist die Aktivierung von Elektronenwolken im Kupfer.

Ausbau der Erneuerbaren nötig

Neben Wasserstoff, der sich ebenfalls mit Strom aus erneuerbaren Quellen gewinnen lässt, könnte Ammoniak als weiterer Energieträger für den Verkehr hinzukommen. In beiden Fällen müsste es einen massiven Ausbau von Solar- und Windenergie geben, um den für die Ammoniakherstellung benötigten Strom zu erzeugen.

Der Spaltungsprozess beginnt mit dem Einfang der Ammoniakmoleküle durch das Ruthenium. Die Elektronen, die sich im Kupfer in gewissem Maße bewegen können, werden durch Licht bestimmter Wellenlängen in rhythmische Schwingungen versetzt. Das sorgt dafür, dass die festen Bindungen im Ammonakmolekül brechen und die Bestandteile frei werden. Die schwingenden Elektronen werden Plasmonen genannt. Dieser Effekt lässt auch speziell beschichtete Scheiben bei starkem Lichteinfall dunkel werden.