Was ist die Elektrolyse von Wasser?
Die Elektrolyse von Wasser ist ein Prozess, bei dem Wassermoleküle mit elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Es wird häufig als Experiment in wissenschaftlichen Labors der High School durchgeführt und wurde als Methode zur Gewinnung von Wasserstoff als Kraftstoff untersucht. Ab 2010 hatte die Wasserelektrolyse jedoch keine breite kommerzielle oder industrielle Verwendung gefunden. Der Prozess erfordert drei Komponenten: eine elektrische Quelle, zwei Elektroden und Wasser.
Reines Wasser wird bei der Elektrolyse nicht verwendet - reines Wasser hemmt die elektrische Leitung. Damit der elektrische Strom durch das Wasser fließen kann, müssen Substanzen hinzugefügt werden. Diese Substanzen lösen sich auf und bilden so genannte Elektrolyte.
Ein Elektrolyt ist jede Substanz, die Elektrizität leitet. Elektrolyte können Elektrizität leiten, weil sie sich aus elektrisch geladenen Atomen oder Molekülen zusammensetzen, die als Ionen bezeichnet werden. Obwohl Wasser aus Wasserstoff- und Sauerstoffionen besteht, hat das Wassermolekül selbst eine neutrale elektrische Ladung. Dem Wasser werden üblicherweise Salz oder einige Tropfen einer Säure oder Base zugesetzt, um eine Elektrolytlösung zu bilden.
Batterien, eine Gleichstromquelle oder Sonnenkollektoren werden üblicherweise zur Stromversorgung für die Elektrolyse von Wasser verwendet. Zwei Elektroden werden an die Stromquelle angeschlossen und in einen Wasserbehälter getaucht. Beim Anlegen von Elektrizität beginnen sich die Wassermoleküle zu spalten und bilden instabile Ionen aus Wasserstoff (H + ) und Hydroxid (OH - ).
Die Wasserstoffionen, denen ein Elektron fehlt, sind positiv geladen. Sie wandern in Richtung der negativen Elektrode, wo freie Elektronen ins Wasser fließen. Hier gewinnen die Wasserstoffionen ein Elektron, um stabile Wasserstoffatome zu bilden. Einzelne Wasserstoffatome verbinden sich zu Wasserstoffmolekülen (H 2 ), die an die Oberfläche sprudeln. Diese Reaktion kann ausgedrückt werden als: 2 H + + 2 e - → H 2.
Im Gegensatz dazu tragen die Hydroxidionen zu viele Elektronen. Sie wandern in Richtung der positiven Elektrode, wo die zusätzlichen Elektronen entfernt und in den Stromkreis gezogen werden. Dies hinterlässt Sauerstoffmoleküle und Wasser. Diese Reaktion kann ausgedrückt werden als: 4 OH - 4 e - → O 2 + 2H 2 O. Die Sauerstoffmoleküle perlen an die Oberfläche.
Obwohl die Elektrolyse von Wasser hauptsächlich auf Laboratorien beschränkt war, hat die Verwendung von Wasserstoff als saubere Energiequelle erneut Interesse geweckt. Die Suche nach einer sauberen Energiequelle als Antrieb für die Reaktion wirft jedoch praktische und ökologische Probleme auf. Die Elektrolyse von Wasser ist weder effizient noch billig.
Die Kraftstoffkosten waren ein großes Hindernis. Die Umweltauswirkungen der Stromerzeugung sind andere. Insbesondere muss das von Wärmekraftwerken freigesetzte Kohlendioxid berücksichtigt werden. Diese ökologischen und technologischen Schwierigkeiten könnten sich nicht als unüberwindbar erweisen. Bis sie überwunden sind, bleibt die Wasserhydrolyse eine unpraktische Quelle, um den Energiebedarf der Gesellschaft zu decken.