Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2010

Electrokinetische Co-Erzeugung von Wasserstoff und Elektrizität

Prof. Dr. Roland Netz
Technische Universität München
Lehrstuhl für Physik T37 - Theoretische Physik

Prof. Dr. Richard J. Saykally
University of California, Berkeley
Department of Chemistry

Aufgrund der schädlichen Umwelteinflüsse bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe besteht dringender Bedarf nach effizienten alternativen Energiequellen. Vor kurzem wurde gezeigt, dass mit Wasser-Mikrojets simultan Wasserstoff und Elektrizität gewonnen werden kann. Die Energieausbeute liegt derzeit bei ca 10%, und verschiedene Designverbesserungen sind notwendig, um die Energieeffizienz zu erhöhen. In der Kooperation wenden wir moderne theoretische Modelle und Nichtgleichgewichts-Molekulardynamiksimulationen an, um verschiedene experimentelle Parameter zu untersuchen. Ziel ist es, Verbesserungen am experimentellen Aufbau mit Modellierungen zu finden und direkt in die Experimente einzubeziehen. In der Modellierung wird sowohl die Natur der Oberfläche (hydrophob, hydrophil, geladen, metallisch) als auch die Zusammensetzung der wässrigen Phase (Salzgehalt, pH-Wert) variiert, außerdem wird der Einfluß von Druck, Temperatur, und Flussgeschwindigkeit untersucht.

Abschlussbericht
In der Saykally Arbeitsgruppe wurde vor kurzem gezeigt, dass mit Wasser-Mikrojets simultan Wasserstoff und Elektrizität gewonnen werden kann, was interessant ist im Zusammenhang mit der Suche nach alternativen sauberen Energiequellen. Der Mechanismus hat zu tun mit der Adsorption von H₃O⁺ Ionen an der Oberfläche und der kinetischen Ladungstrennung, die durch das sogenannte „streaming potential“ quantifiziert werden kann. Um die momentane Energieausbeute von ca. 10% zu erhöhen ist es zuerst wichtig die gemessenen Daten quantitativ zu verstehen. In drei kurzen Forschungsaufenthalten an der UC Berkeley wurden die notwendigen Modelle diskutiert. Zum einen wurden quantitative Modelle entwickelt um Literaturwerte für das Zetapotential zu reproduzieren. Hier war es notwendig das Viskositätsprofil und das Dielektrizitätsprofil von Wasser an der Grenzfläche zu ermitteln und in elektrokinetische Theorien zu inkorporieren. Diese Arbeiten sind inzwischen abgeschlossen. Zum anderen ist es notwendig verlässliche force fields für H₃O⁺ Ionen zu ermitteln mit denen Oberflächenaffinitäten und Verteilungsfunktionen quantitativ berechnet werden können. Letztere Arbeiten dauern noch an.