Neue Methode: Effiziente Wasserstoffperoxid-Gewinnung durch optimierte Wasserelektrolyse mit Karbonatpuffer

BerlinWissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland, darunter Dr. Lejing Li, Dr. Carla Santana Santos und Professor Wolfgang Schuhmann, haben eine Methode entdeckt, um die Produktion von Wasserstoffperoxid bei der Wasserelektrolyse zu steigern. Normalerweise entsteht dabei auch Sauerstoff, der oft ungenutzt bleibt. Wasserstoffperoxid ist in verschiedenen Industrien von großem Wert. Ihre Ergebnisse wurden am 24. Juni 2024 in der Angewandten Chemie International Edition veröffentlicht.

Zu den wichtigsten Punkten gehören:

Die Bedeutung von Karbonatpuffern, lokalen pH-Werten und energetischen Dynamiken in Reaktionsprozessen.

Wasseraufspaltung liefert normalerweise Wasserstoff und Sauerstoff. In vielen Industrien ist jedoch Wasserstoffperoxid nützlicher als Sauerstoff. Wasserstoffperoxid findet Verwendung in Reinigungsmitteln, Bleichmitteln und als Treibstoff. Üblicherweise ist die Herstellung von Wasserstoffperoxid kompliziert und nicht immer umweltfreundlich. Eine verbesserte Wasserelektrolyse, die Wasserstoffperoxid zusammen mit Wasserstoff produziert, könnte die Herstellung einfacher und umweltschonender machen.

Hydrogenperoxid entsteht unter bestimmten Bedingungen. Diese Studie ergab, dass die Zugabe eines Carbonatpuffers zur Elektrolyselösung die Reaktionsweise verändert. Carbonatpuffer, wie Kohlensäure, setzen Protonen frei, die mit Hydrogencarbonat interagieren, um einen stabilen pH-Wert in der Lösung zu gewährleisten.

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Wenn bei der Elektrolyse eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, finden dort chemische Reaktionen statt. Dabei ändern sich die pH-Werte aufgrund freigesetzter Protonen. Diese pH-Veränderungen beeinflussen die entstehenden Reaktionsprodukte. Forscher der Ruhr-Universität Bochum haben eine Methode entwickelt, um den pH-Wert direkt an den Elektrodenoberflächen zu messen.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass hohe Konzentrationen von Hydrogencarbonat in der Nähe der Elektrode die Bildung von Wasserstoffperoxid begünstigen. Das Hydrogencarbonat führt dabei zu einer Substanz, die die unerwünschte Bildung von Sauerstoff verhindert. Dies ist von großer Bedeutung, da die direkte Herstellung von Wasserstoffperoxid durch Wasserelektrolyse aufgrund komplexer thermodynamischer Prozesse bisher schwierig war.

Diese Forschung mag sehr wissenschaftlich erscheinen, ist jedoch äußerst nützlich. Durch das Verständnis der Herstellung von Wasserstoff und Wasserstoffperoxid können wir industrielle Verfahren effizienter und umweltfreundlicher gestalten. Dies könnte die Produktion wichtiger Chemikalien revolutionieren, Nachhaltigkeitsziele unterstützen und die Umweltschäden verringern.

Die Forschungsergebnisse verdeutlichen die bedeutende Rolle der Grundlagenforschung für technologische Fortschritte. Durch eine intensivere Untersuchung der Elektrolysebedingungen und Pufferlösungen könnte die Produktion von Wasserstoffperoxid optimiert werden. Somit würde der Prozess besser für den großindustriellen Einsatz geeignet und zu umweltfreundlicheren chemischen Lösungen führen.