Neuer Katalysator erzeugt Wasserstoff aus Fabrikabwärme

Stahlfabriken, Glaswerke und Zementanlagen erzeugen auf ihren Prozesstemperaturen gewaltige Mengen Abwärme, die bisher ungenutzt in die Atmosphäre entweicht. Forscher der Universität Birmingham haben einen Katalysator entwickelt, der diese Abwärme nutzt, um Wasser bei Temperaturen ab 150 Grad Celsius in sauberen Wasserstoff zu spalten. Das ist ein Bereich, den andere thermochemische Verfahren bisher nicht erreichen konnten und genau die Temperaturklasse, in der Industrieabwärme anfällt.

Was bei der thermochemischen Wasserspaltung passiert

Wasserstoff lässt sich auf verschiedene Wege herstellen. Das heute dominierende Verfahren ist die Dampfreformierung von Erdgas: Wasserdampf reagiert mit Methan zu Wasserstoff und Kohlendioxid. Das ist billig, aber klimaschädlich. Die saubersten Alternativen sind Elektrolyse. Die saubersten Alternativen sind Elektrolyse, bei der Wasser mit Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird und thermochemische Verfahren, bei denen Wärme diese Trennung antreibt.

Thermochemische Wasserspaltung nutzt Redox-Katalysatoren aus Metalloxiden. Im ersten Schritt gibt das Metalloxid bei hoher Temperatur Sauerstoff ab. Im zweiten Schritt, bei niedrigerer Temperatur, reagiert das reduzierte Material mit Wasser: Es entzieht dem Wasser Sauerstoff, gibt diesen an seine eigene Struktur zurück und setzt dabei Wasserstoff frei. Der Kreislauf beginnt von vorn. Dieser Ansatz kommt ohne Strom aus und braucht theoretisch nur Wasser und Wärme. Das Problem war bisher die Temperaturhöhe: Bisherige Materialien benötigten für den Spaltschritt 700 bis 1.000 Grad, für die Katalysatorregeneration bis zu 1.500 Grad. Solche Temperaturen existieren nur in Hochtemperaturreaktoren und konzentrierenden Solarthermie-Kraftwerken, nicht in gewöhnlichen Industriebetrieben.

Der BNCF-Katalysator aus Birmingham

Ein Forschungsteam um Professor Yulong Ding von der School of Chemical Engineering der Universität Birmingham hat dieses Temperaturproblem mit einem neuen Perowskit-Katalysator gelöst. Das Material trägt die Bezeichnung BNCF100 und besteht aus Barium, Niob, Calcium und Eisen. Alle vier Elemente sind reichlich verfügbar und nicht toxisch; die Synthese erfordert keine seltenen Rohstoffe und kein aufwendiges Herstellungsverfahren. Das unterscheidet BNCF100 von vielen früheren Hochleistungskatalysatoren für die Wasserspaltung.

Laut der im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlichten Studie vom 30. April 2026, entstanden in Zusammenarbeit mit der University of Science and Technology Beijing, produziert BNCF100 Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 150 und 500 Grad Celsius. Die Regeneration des Katalysators benötigt 700 bis 1.000 Grad, statt bisher bis zu 1.500. Die Universität Birmingham gibt an, dass der Katalysator seine Leistungsfähigkeit über zehn Produktionszyklen hinweg beibehielt. Das ist das Temperaturfenster, in dem Abwärme aus Stahlanlagen, Zementanlagen, Glasanlagen und Chemieanlagen anfällt: Prozesse wie Hochöfen, Glasschmelzen und Zementbrennöfen erzeugen Abwärmeströme zwischen mehreren Hundert und über tausend Grad, die heute überwiegend ungenutzt bleiben.

Die Universität Birmingham Enterprise hat eine Patentanmeldung für den Einsatz von BNCF-Katalysatoren zur Niedertemperatur-Wasserspaltung eingereicht und sucht Industriepartner für die Weiterentwicklung.

Im Vergleich: Was andere Methoden leisten

Grüner Wasserstoff per Elektrolyse steht im Mittelpunkt der europäischen Wasserstoffstrategie und gilt als sauberste verfügbare Methode. Das Verfahren benötigt jedoch große Mengen erneuerbaren Stroms. Weil die Elektrolyse Energie zuerst aufnimmt und dann in Wasserstoff umwandelt, profitiert sie nicht von Industrieabwärme: Die Wärme lässt sich nicht direkt einsetzen, sie müsste erst wieder in Strom umgewandelt werden, was mit erheblichen Verlusten verbunden ist.

Andere thermochemische Kreisläufe existieren seit Jahrzehnten in der Forschung. Der bekannteste ist der Schwefeliodkreislauf, der ab Temperaturen von rund 800 Grad Celsius arbeitet und von mehreren nationalen Energieforschungsinstituten untersucht wurde. Eine kommerzielle Anlage gibt es bis heute nicht; die hohen Temperaturen ließen einen breiten industriellen Einsatz nie zu. Wenn BNCF100 tatsächlich bei 150 Grad beginnt zu produzieren, ist das ein qualitativer Sprung gegenüber diesen früheren Ansätzen. Der Unterschied liegt nicht nur in der Zahl, sondern in der Zugänglichkeit: Was ab 150 Grad funktioniert, lässt sich prinzipiell in jedem Betrieb nachrüsten, der diese Abwärme hat.

Zum Vergleich bei erneuerbaren Technologien: Der Preis für Solarphotovoltaik sank von rund 100 US-Dollar pro Watt im Jahr 1976 auf unter 0,30 Dollar im Jahr 2024. Dieser Rückgang kam fast ausschließlich durch Skalierungseffekte in der Massenproduktion. Ob ein ähnlicher Lernkurveneffekt bei BNCF-Katalysatoren eintreten kann, ist unbekannt, es fehlt noch jede Serienproduktionserfahrung.

Skalierung, Reaktorbau, Integration: drei offene Fragen

Das Birminghamer Experiment fand im Labormaßstab mit Gramm-Mengen Katalysatormaterial statt. Ein industrieller Prozess würde Tonnen erfordern und es ist noch nicht bekannt, ob Reaktivität und Stabilität bei der Hochskalierung erhalten bleiben. Die Universität hat Industriegespräche aufgenommen, aber kein Datum für eine erste Pilotanlage genannt.

Zweitens erfordert jeder thermochemische Reaktor zwei Temperaturzonen: einen Niedertemperaturbereich für die Wasserstoffproduktion und einen Hochtemperaturbereich für die Katalysatorregeneration. Diese beiden Zonen in einer Anlage zu verbinden, ohne Wärmeverluste zwischen den Zyklen zu erzeugen, ist ein ingenieurwissenschaftliches Problem, das weit über die Katalysatorchemie hinausgeht und eigene Forschungsarbeit erfordert.

Drittens ist die Einbindung in bestehende Industrieprozesse herausfordernd. Jede Fabrik hat ein anderes Abwärmeprofil, andere Temperaturniveaus und eine andere Prozesskette. Ein Wasserstoffsystem, das Abwärme abzapft, muss nachrüstbar sein, ohne laufende Produktion zu unterbrechen. Ob das technisch und wirtschaftlich gelingt, wird sich erst zeigen, wenn erste Pilotprojekte mit echten Industriepartnern entstehen. Die Laborarbeit aus Birmingham liefert dafür eine ungewöhnlich konkrete Grundlage.