Forscher an der Oregon State University haben ein neuartiges lichtempfindliches Material entwickelt, das Wasser hocheffizient in sauberen Wasserstoff spaltet. Die im Journal of the American Chemical Society veröffentlichte Arbeit zeigt einen Weg auf, die Erzeugungskosten von grünem Wasserstoff durch den gezielten Einsatz von organischen Schwefelbausteinen erheblich zu senken.
Wie das Metall-organische Framework BVR-19 Sonnenlicht nutzt
Im Zentrum der im Oktober 2026 vorgestellten Forschung an der Oregon State University steht eine kristalline, poröse Verbindung namens BVR-19. Diese gehört zu den sogenannten Metal-Organic Frameworks, kurz MOFs. Chemiker weltweit haben inzwischen fast 100.000 solcher Strukturen synthetisiert, während die Eigenschaften von einer halben Million weiterer Varianten vorhergesagt wurden.
Das Besondere an BVR-19 ist seine einzigartige molekulare Architektur. Das Material verfügt über eine ungewöhnliche Schwefel-Schwefel-Bindung, die bei Lichteinwirkung vorübergehend aufbricht und reaktive Schwefelspezies erzeugt. Statt wie bisher üblich primär auf die Metallatome zu vertrauen, übernehmen hier die organischen Schwefelkomponenten die Hauptarbeit bei der Lichtabsorption und dem Elektronentransfer. Kyriakos Stylianou, der das Projekt am College of Science leitete, betonte diesen grundlegenden Paradigmenwechsel in der Materialentwicklung.
Kyriakos Stylianou sagte: „Die organische Komponente erledigt die wichtige Arbeit. Anstatt sich in erster Linie auf die Metallatome zu verlassen, nutzt unser Material seine schwefelhaltigen organischen Bausteine, um Lichtenergie einzufangen und Elektronen dorthin zu transportieren, wo sie zur Wasserstoffproduktion benötigt werden. Dies stellt eine neue Denkwahrnehmung darüber dar, wie diese Materialien konstruiert sein sollten.
Die Kostenfrage im Vergleich zu fossilen Verfahren
Die Art und Weise der Wasserstoffgewinnung bestimmt maßgeblich deren ökologische und ökonomische Bilanz. Bislang dominiert die sogenannte Dampfreformierung von Erdgas den Markt, bei der pro Kilogramm Wasserstoff etwa 1,50 US-Dollar an Kosten anfallen, allerdings unter erheblichen Kohlendioxid-Emissionen. Im Gegensatz dazu schlägt umweltfreundlicher, mittels herkömmlicher Elektrolyse erzeugter grüner Wasserstoff derzeit mit rund 5 US-Dollar pro Kilogramm zu Buche.
Der von der OSU-Forschungsgruppe entwickelte Photokatalysator zielt darauf ab, diese wirtschaftliche Lücke zu verkleinern. Da BVR-19 spontan in wässrigen Lösungen bei Raumtemperatur entsteht und zudem auf den Einsatz zusätzlicher, teurer Metallkatalysatoren verzichtet, sinken sowohl der Herstellungsaufwand als auch der Primärenergiebedarf des Materials selbst.
Künftige Designregeln für die Solartreibstoff-Produktion
Die Bedeutung der Innovation geht weit über das einzelne Molekül hinaus. Durch systematisches Austauschen der Metallkomponenten bei gleichbleibender organischer Struktur konnte das Team im MaD Lab (Materials Discovery Laboratory) entschlüsseln, warum bestimmte MOF-Varianten deutlich bessere Wirkungsgrade erzielen als andere.
Unsere Untersuchung liefert einen Leitfaden für die Konstruktion fortschrittlicher Materialien, die den Preis von grünem Wasserstoff senken können. Indem wir das Metall austauschten und den Rest des Stoffs im Wesentlichen unverändert ließen, deckten wir auf, warum einige Ausführungen des MOFs wesentlich besser funktionieren als andere.
Getragen wurde die Untersuchung von Forschern wie Emmanuel Musa, Dylan Pyle, Jacob Lessard und zahlreichen weiteren Kollegen aus dem OSU-Kollegium. Finanziell und institutionell unterstützt wurde das Projekt von der National Science Foundation, dem Murdock Charitable Trust sowie dem OSU College of Science, wie Berichte vom Oktober 2026 dokumentieren.
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