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Dr. Jier Huang, Assistenzprofessor für Chemie, hat ein fünfjähriges Projekt gestartet, um die Wechselwirkungen von Sonnenlicht, Wasser und einigen komplexen organischen Metallstrukturen zu verstehen. Kompliziert und undurchsichtig? Ja, aber Huang denkt langfristig: „Das Endziel besteht darin, das globale Energieproblem und den Klimawandel zu lösen“, sagt sie.
Ihr Projekt nutzt Solarenergie zur Erzeugung von Wasserstoff und möchte testen, ob dies der Fall ist Diese Methode kann frühere Technologien hinsichtlich Effizienz und Kosten übertreffen. Es hat sich als vielversprechend erwiesen, dass Huang von der National Science Foundation ein CAREER-Stipendium in Höhe von 555.636 US-Dollar erhielt – die prestigeträchtigste Auszeichnung der NSF für unbefristete Lehrkräfte –, um es zu unterstützen. Fünf Marquette-Wissenschaftler haben in den letzten fünf Jahren CAREER-Stipendien erhalten, drei allein von der Chemiefakultät.
Huangs Arbeit ist Teil einer viel größeren Suche nach billigem, sauberem Kraftstoff. Sollte dies gelingen, wäre dies ein erster Schritt auf einem viel längeren Weg zur seit langem versprochenen „Wasserstoffwirtschaft“. Bereits 1970 haben Wissenschaftler und Ingenieure Wasserstoff, die Energie im Zentrum der Sonne und der Sterne, als emissionsfreie Alternative zu schmutzigen petrochemischen Kraftstoffen vorgeschlagen. Wasserstoff ist überall, aber er ist im Wasser eingeschlossen, einer Kombination aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom in jedem Molekül. Der Stein des Anstoßes war die Extraktion.
Das Leiten von Elektrizität durch Wasser kann H2O-Moleküle spalten und Wasserstoff freisetzen, „aber das war nicht sehr nachhaltig“, sagt Huang. Solarenergie – Lichtenergie – bietet eine Alternative, erfordert jedoch einen Katalysator, um den Prozess zu beschleunigen. Und die üblichen Materialien, die zum Sammeln von Sonnenlicht verwendet werden, sind teuer und instabil – „leicht herzustellen und leicht zu zerbrechen“, sagt Huang.
Huang und ihr Forschungsteam testen jetzt die Verwendung stabiler, weniger teurer, lichtabsorbierende Halbleitermaterialien in Kombination mit einem effizienzsteigernden Katalysator. Ein möglicher Katalysator ist ein kristallines Gerüst, das kobaltbasierte Metallknoten mit organischen Molekülen verbindet. Dadurch entsteht eine poröse Struktur und möglicherweise ein doppelter Vorteil: In den Hohlräumen können Materialien zur Absorption von Sonnenlicht eingebettet werden, und Wasser kann durch die Struktur strömen. Wenn das Material eingetaucht und mit Energie versorgt wird, verspricht es, Wassermoleküle effektiv zu trennen, um Wasserstoff zu erzeugen.
Selbst wenn diese Methode erfolgreich ist, stellt sie fest, ist ihr Projekt nur der erste Schritt in einer Reihe, die die Entwicklung praktischer Maßnahmen umfasst Anwendungen und die Suche nach sicheren Methoden zur Speicherung von flüchtigem und explosivem Wasserstoffgas. Huang ist zuversichtlich, dass diesen Problemen rechtzeitig die nötige Aufmerksamkeit geschenkt wird, „wenn wir wirklich ein Gerät bauen können, das effizient, günstig und stabil ist.“
Und damit macht sie sich wieder an die Arbeit.
– Erik Gunn
