Wasserzerlegung

Wasserzerlegung, auch als Wasserspaltung bezeichnet, ist die chemische Aufspaltung von Wasser in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Die Gesamtreaktion lautet 2 H2O → 2 H2 + O2. Für die Reaktion wird Energie benötigt, deren Art und Quelle je nach Zerlegungsmethode variiert.

Die häufigste Form ist die Elektrolyse, bei der elektrischer Strom genutzt wird, um Wasser in Wasserstoff an der Kathode und Sauerstoff an der Anode zu zerlegen. Dabei werden je nach Elektrolysesystem unterschiedliche Elektrolyte verwendet: alkalische Elektrolyse (mit Laugenlösungen), PEM-Elektrolyse (Protonenaustauschmembran) und Festoxid-Elektrolyse (SOEC) im Hochtemperaturbereich. PEM- und alkalische Systeme unterscheiden sich in Chemie, Konstruktionsweise und Betriebsbedingungen. Die Elektrolyse erfordert Katalysatoren, um Overpotentiale zu verringern und die Langzeitstabilität zu verbessern. In der Praxis liegt der elektrochemische Wirkungsgrad oft im Bereich von einigen Dutzend bis über 70 Prozent, abhängig von Temperatur, Elektrolyttyp und Betriebsparametern; der theoretische Mindestspannungsbedarf liegt bei etwa 1,23 Volt.

Neben der elektrolytischen Spaltung gibt es temperatur- oder lichtbasierte Ansätze: Thermochemische Wasserspaltung nutzt Hochtemperaturprozesse, oft in Zyklen mit chemischen Zwischenstufen. Photokatalytische und photoelektrochemische Verfahren verwenden Licht, um Elektronen-Loch-Paare zu erzeugen, die die Reaktion antreiben; diese Ansätze befinden sich größtenteils im Forschungsstadium.

Anwendungen konzentrieren sich auf die Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger oder als Rohstoff in der chemischen Industrie. Vorteile ergeben sich besonders bei erneuerbarer Energie, da so überschüssige Elektrizität gespeichert und CO2-freier Wasserstoff produziert werden kann.

Begriffe wie Wirkungsgrad, Lebensdauer der Elektroden und Sicherheitsaspekte sind Schwerpunkte aktueller Forschung und Entwicklung in der Wasserzerlegung.

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