Wasseraufspaltung

Wasseraufspaltung bezeichnet den chemischen Prozess, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Sie wird durch Energiezufuhr in Form von Elektrizität, Licht oder Wärme angetrieben. Die zentrale Reaktionsgleichung lautet 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g).

Bei der Elektrolyse wird Wasser durch elektrischen Strom gespalten. Gängige Bauformen sind alkalische Elektrolyse, PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran) und Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC). Überpotenziale und Katalysatoren bestimmen Wirkungsgrad und Kosten.

Photokatalytische bzw. photoelektrochemische Spaltung nutzt Solarenergie direkt, oft mit Halbleiterkatalysatoren, um Wasser an der Anode und Kathode zu zersetzen. Thermische Spaltung erfolgt bei sehr hohen Temperaturen, etwa mit Dampf, und wird oft in gekoppelten Systemen mit erneuerbarer Wärme betrieben.

Energetisch gilt, dass für die Reaktion 2 H2O → 2 H2 + O2 standardmäßig ΔG° ≈ +474 kJ pro Reaktionseinheit beträgt, entsprechend ca. +237 kJ pro erzeugtem Mol Wasserstoff. Die Praxiswirkungsgrade hängen von Überpotenzialen, Zellchemie, Betriebsbedingungen und Systemintegration ab. Wasserstoff dient als Energiespeicher und als Rohstoff; Sauerstoff ist ein Nebenprodukt.

Herausforderungen umfassen hohe Investitions- und Betriebskosten, Haltbarkeit der Elektroden, Katalysatorstoffe und sichere Speicherung von Wasserstoff. Der Umweltvorteil hängt davon ab, dass Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Bei grünem Wasserstoff ergeben sich geringe direkte Emissionen.