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)

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.