Mein Element: Wasserstoff

Was mich an Wasserstoff am meisten fasziniert:
Wasserstoff hat schon mit seiner Position im Periodensystem als erstes und kleinstes Element eine besondere Bedeutung. Ohne Wasserstoff und damit ohne Wasser, denn Wasser ist eine Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff, gäbe es kein Leben. Heute ist das bei Zimmertemperatur farblose und geruchsneutrale Gas vor allem als einer der wichtigsten Energieträger für unsere zukünftige Energieversorgung bekannt. Da Wasserstoff aus Wasser hergestellt werden kann, ist Wasserstoff nahezu unbegrenzt verfügbar. Durch die Verbrennung von Wasserstoff kann man relativ emissionsarm Energie erzeugen. Doch die Herausforderungen, Wasser bzw. Wasserstoff als grüne Energiequelle zu verwenden, sind sehr groß. In der Grundlagenforschung gibt es noch viele offene Fragen zu klären, z.B. zur umweltgerechten Gewinnung von Wasserstoff, etwa mit Hilfe von Sonnenlicht. 

In meiner Forschung arbeite ich mit Wasserstoff, um …
… zu verstehen, wie aus Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht und einem Katalysator Wasserstoff entsteht. Dass man Wasser auf diese Weise in Wasserstoff und Sauerstoff spalten kann, ist schon länger bekannt. Wir wissen aber kaum, was dabei auf molekularer Ebene an der Grenzfläche zwischen Wasser und Katalysator passiert. Dieses Verständnis könnte helfen, bessere Katalysatoren für die photokatalytische Wasserspaltung zu entwickeln. Diese Form der Spaltung ist für die Wasserstoffwirtschaft von großem Interesse, um den benötigten Wasserstoff umweltfreundlich und kostengünstig bereitstellen zu können.

Darüber hinaus interessiere ich mich ganz allgemein für das Verhalten von Wassermolekülen an Grenzflächen. Dazu nutzen wir Oberflächenspektroskopie. Ob bei Wasser im Glas, Wasser im Kontakt zum Flusssediment, Wasser in Kontakt mit der Atmosphäre – an den Grenzflächen der Materie kommt es zu Wechselwirkungen. Wir wollen diese chemischen Prozesse verstehen, zum Nutzen für industrielle Anwendungen und für die künftige Energiegewinnung. 

Mein Element in 3 Worten:
Energetisch, vielseitig, klein.

Wasserstoff: "Held" oder "Bösewicht"?
Definitiv Held! Man denke nur an Wasserstoff als Voraussetzung für Leben. In jeglichen Verbindungen, die für Leben stehen, ist Wasserstoff eingebaut: von den Kohlenwasserstoffverbindungen der Peptide und Kohlenhydrate bis hin zu den Grundbausteinen für Materialien. Auch der pH-Wert wird durch die Menge des Wasserstoffes (H+) bestimmt. Ohne Wasser geht nichts. Gleichzeitig ist es eines der vielversprechendsten Elemente in Bezug auf die Herstellung von sauberer Energie. Aber: Wasserstoff ist auch besonders entzündlich und kann in einem bestimmten Verhältnis mit Sauerstoff zum detonationsfähigen Knallgas werden. 

Eine Welt ohne Wasserstoff wäre …
… unmöglich für die Existenz von Leben!

Ellen Backus und Wasserstoff – wie alles begann:
Es gibt keinen klaren Anfang, da Wasserstoff in der Chemie sozusagen allgegenwärtig ist. Mein Forschungsinteresse begann mit dem Wunsch, die Grenzflächen von Wasser besser zu verstehen, denn obwohl sehr viel über Volumenwasser bekannt war, wusste man noch immer relativ wenig über Grenzflächenwasser.

Der Dezember steht im uni:view Magazin ganz im Zeichen der Elemente: Im Dossier "Mein Element" präsentieren WissenschafterInnen einen Monat lang Überraschendes und Wissenswertes zu Elementen, mit denen sie in Forschung und Lehre arbeiten.