Auch die EU traut dem Wasserstoff zu, Öl als mobilen Energieträger abzulösen: Öl wird knapp und verbrennt zu klimaschädlichem Kohlendioxid. Bislang gibt es jedoch kein Verfahren, Wasserstoff wirtschaftlich und umweltfreundlich zu gewinnen.

Solarzellen © DOE

Wasser mit Solarstrom auf elektrochemischem Weg in seine Bestandteile zu zerlegen lohnt sich noch nicht: Solarzellen sind teuer und ihre Stromausbeute noch mager. Mit Strom Wasser zu elektrolysieren und so Wasserstoff zu erzeugen ist derzeit ineffektiv. Dazu kommt, dass Elektrolysezellen nur effizient arbeiten, wenn wesentliche Komponenten dieser Reaktoren Platin enthalten. Daher möchten die Wissenschaftler des SOLAR-H-Projekts von der Natur lernen.

Fotosystem II als Vorbild
„Nur sie kann Wasser direkt mit Licht spalten“, sagt Stenbjörn Styring, der die künstliche Fotosynthese an der Universität im schwedischen Uppsala erforscht und das SOLAR-H-Konsortium koordiniert. „Im Prinzip spaltet das Fotosystem II Wasser in Sauerstoff, Protonen und Elektronen – und die Hydrogenasen fügen die Elektronen und Protonen dann zu Wasserstoff zusammen.“

Dass es sich lohnt, die Technik von der Natur abzugucken, davon ist auch Ulrich Schmidtchen, Vorstandsmitglied des Deutschen Wasserstoffund Brennstoffzellen-Verbands (DWV) überzeugt: „Die Natur nachzuahmen, das wäre der Königsweg.“

Auf drei Wegen zum Ziel
Die Forscher von SOLAR-H verfolgen dabei sogar drei Wege, um den Erfindungsreichtum der Natur zu nutzen. Einige Partner verändern die genetische Betriebsanweisung von Mikroorganismen, die bereits natürlicherweise Wasserstoff herstellen, damit die Einzeller sich auch technisch einsetzen lassen. „Wir müssen dafür sorgen, dass sie mehr blubbern und länger leben“, sagt Wolfgang Gärtner, einer der Gruppenleiter im Mülheimer Team.

„Wir könnten aber auch einzelne Enzyme in Elektrolysezellen verwenden“, ergänzt Wolfgang Lubitz. Hydrogenasen wären etwa als katalysierende Schicht auf Elektroden geeignet. Diese müssten dann nicht länger aus Platin bestehen, damit der Wasserstoff an ihnen ordentlich sprudelt. Das Edelmetall ist teuer und seine Vorräte sind begrenzt.

„Einige Hydrogenasen produzieren sehr effektiv Wasserstoff“, sagt Gruppenleiter Edward Reijerse: „Im Prinzip könnte ein Eimer unserer Enzyme bis zu 20 000 Liter Wasserstoff in der Sekunde erzeugen.“ Doch gerade die leistungsfähigsten Enzyme erweisen sich als nicht stabil genug, vor allem Sauerstoff zerstört sie schnell.