Emissionsfrei fahren – ohne Platin

Platin ist selten und teuer. Doch bisher war es nicht möglich, den Großteil des Edelmetalls in Elektroautos mit Brennstoffzellen zu ersetzen. Jetzt hat eine deutsche Forscherin eine Alternative gefunden – und wurde dafür mit einem gemeinsamen Preis des Wissenschafts- und Technologie-Unternehmens Merck und des Manager Magazins ausgezeichnet

Eigentlich sind diese Autos für umweltbewusste Autofahrer ein Traum: Keine CO2-Emissionen, keine Stickoxide, eine Reichweite von bis zu 700 Kilometern – und das Volltanken ist innerhalb von drei Minuten erledigt. Brennstoffzellenfahrzeuge, die ihre elektrische Energie durch die chemische Reaktion von Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft erzeugen, haben eine herausragende Komfort- und Klimabilanz. Und trotzdem: Der Durchbruch ist ihnen bisher nie gelungen.

Bisher war Platin alternativlos

Die Zahl der in den vergangenen zehn Jahren zugelassenen Brennstoffzellenfahrzeugen liegt weltweit unter 15.000. Und das, obwohl namhafte Hersteller leistungsstarke Modelle auf den Markt gebracht haben. Hauptgrund für die Kaufzurückhaltung sind neben dem noch wenig ausgebauten Tankstellennetz die hohen Kosten. Von Platin beispielsweise können pro Jahr weltweit nicht mehr als 170 Tonnen verarbeitet werden. Das treibt den Preis. Bisher ist das knappe Edelmaterial in Auto-Brennstoffzellen unersetzlich. Als Beschleuniger (Katalysator) der chemischen Reaktionen sorgt es dafür, dass sich das getankte Wasserstoffgas in Wasserstoff-Ionen (Protonen) und Elektronen aufspaltet. Die Protonen wandern bei einer Betriebstemperatur zwischen 80 und 100 Grad durch eine haarfeine Kunststoffmembran und vereinigen sich dann – ebenfalls unter Mitwirkung von Platin – mit Sauerstoff zu Wasser. Dabei fließen die Elektronen über einen äußeren Stromkreis zum Elektromotor und sorgen so für den emissionsfreien Antrieb des Autos.

Vorbild: unsere Blutzellen 

Wäre dieser Prozess weitgehend ohne Verwendung von Platin möglich, würden Brennstoffzellen deutlich preisgünstiger und damit für Autofahrer attraktiver werden. Genau bei diesem entscheidenden Schritt ist Forschern jetzt ein Durchbruch gelungen. Ein Team um Ulrike Kramm, Katalysator-Expertin und Juniorprofessorin an der TU Darmstadt, entwickelte eine Alternative ohne Edelmetall – nach dem Vorbild des Hämoglobins unserer roten Blutkörperchen: Im Zentrum dieses Proteinkomplexes im Blut liegt eine Häm-Gruppe mit einem Eisenatom in der Mitte, umgeben von vier Stickstoff-Kohlenstoff-Ringen. Sie dient dem Sauerstofftransport im Blut, denn an das Eisen kann sich Sauerstoff anlagern und wieder loslösen. „Genau diese Eigenschaft brauchen wir auch bei unseren Katalysatoren“, erklärt Ulrike Kramm. Ihr ist es gelungen, Katalysatoren aus komplex gebauten Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff-Molekülen zu entwickeln, deren aktives Zentrum ähnlich wie in der Häm-Gruppe ein Eisenatom ist.

Auszeichnung für Spitzenforschung

Das Wissenschafts- und Technologie-Unternehmen Merck hält diese Entdeckung für so bedeutend, dass es Ulrike Kramm mit dem gemeinsam mit dem Manager Magazin verliehenen Curious-Mind-Forscherpreis für junge Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen unter 40 auszeichnete. „Eine derartige Spitzenforschung macht es möglich, dass wir künftig viel effizienter mit unseren knappen natürlichen Ressourcen umgehen können“, begründete Stefan Oschmann, Vorsitzender der Geschäftsleitung von Merck, die Entscheidung. „Wir brauchen neue Technologien, um die ökologischen Herausforderungen anzupacken und zugleich immer mehr Menschen ein Leben in Wohlstand zu ermöglichen.“

Weitere Beispiele dafür, wie Merck mit innovativer Wissenschaft und Technologie wichtige Nachhaltigkeitsthemen fördert, gibt es hier.