Aus Plastikmüll wird Wasserstoff – unter freiem Himmel

Eine leere Plastikflasche ist für die meisten nur Müll. In Cambridge soll sie einmal Rohstoff für sauberen Wasserstoff werden. Vor der Chemie-Fakultät der Universität liegt ein flacher Reaktor in der Sonne. Er sieht aus wie ein Solarmodul, produziert aber keinen Strom. Stattdessen startet das Licht eine chemische Reaktion.

In der Anlage schwimmt allerdings kein ganzer Haufen Plastik. Die Abfälle müssen vorher behandelt werden. Erst dann reagieren sie in der Flüssigkeit unter der beschichteten Glasplatte. Dabei entstehen Wasserstoff und weitere verwertbare Chemikalien. Die Wissenschaftler der University of Cambridge berichten darüber in ihrer Studie. Der Test lief erstmals draußen im Quadratmeter-Maßstab. Mit Plastikmüll Wasserstoff zu machen, ist damit noch kein fertiges Geschäftsmodell. Der Versuch zeigt aber, wie aus Abfall eines Tages ein Energierohstoff werden könnte.

Forscher sprühen Katalysator einfach aufs Glas

Das Besondere an dem Reaktor steckt in der Oberfläche. Die Wissenschaftler sprühen erst ein lichtaktives Material auf das Glas. Danach kommt eine zweite Schicht darauf, die Kobalt und Zirkonium enthält. Sie hilft bei der Reaktion, bei der Wasserstoff entsteht. Für die Herstellung braucht es keine Edelmetalle und keine Spezialanlage mit extremen Temperaturen. Das macht den Ansatz interessant für größere Flächen.

Der Co-Katalysator wird mit einem Verfahren aufgetragen, das eher an Lackieren erinnert als an Hightech-Produktion. Ariffin Bin Mohamad Annuar beschreibt es entsprechend schlicht: „Was mich nach all der Optimierung überrascht hat, war, wie einfach es ist.“ Die Platte wird beschichtet, in die Lösung gelegt und in die Sonne gestellt. Dann beginnt die Reaktion.

Draußen entstehen messbare Mengen Wasserstoff

Für den Außentest setzten die Wissenschaftler vier Platten zusammen. Jede war 0,25 Quadratmeter groß. Zusammen ergab das eine aktive Fläche von einem Quadratmeter. Der Reaktor stand zwischen Ende August und Anfang Oktober 2024 draußen in Cambridge. Die Bedingungen waren nicht ideal. Die Sonne war schwächer als im Labor, Wolken und Temperatur wechselten.

Nach sechs Stunden entstanden aus Glukose 5,24 Millimol Wasserstoff pro Quadratmeter. Bei vorbehandelter Cellulose waren es 1,51 Millimol pro Quadratmeter. Zusätzlich bildeten sich Formiat und Acetat. Diese Stoffe können als chemische Bausteine weiterverwendet werden. Aus PET-Flaschen entstand in kleineren Tests ebenfalls Wasserstoff. Dafür musste das Plastik vorher chemisch zerlegt werden.

PET-Flaschen wandern nicht einfach in die Anlage

Der Reaktor verarbeitet keine ganzen Flaschen. PET muss erst zerkleinert und mit Lauge behandelt werden. Auch Cellulose wird vorbereitet. Danach liegen die Abfallstoffe in einer Form vor, die in der Flüssigkeit unter der beschichteten Glasplatte reagieren kann.

Aus Plastikmüll Wasserstoff zu machen, bedeutet in diesem Verfahren also mehrere Schritte. Erst wird der Abfall chemisch vorbereitet, dann übernimmt Sonnenlicht die weitere Umwandlung im Reaktor.

Der größte Fortschritt liegt in der Fläche

Viele Verfahren funktionieren im Labor auf wenigen Quadratzentimetern. Auf größeren Flächen wird daraus schnell ein anderes Problem. Die Schichten müssen gleichmäßig haften, das Licht muss die aktive Oberfläche erreichen, und die Materialien dürfen sich während der Reaktion nicht lösen. Die Cambridge-Gruppe übertrug den Aufbau deshalb auf größere Platten und testete sie anschließend draußen unter natürlichem Sonnenlicht.

„Wenn wir wirklich verändern wollen, wie wir mit den beiden Problemen Plastikverschmutzung und sauberer Energieerzeugung umgehen, müssen wir eine sehr gut skalierbare Methode entwickeln“, sagt Professor Erwin Reisner. Das Sprühverfahren ist dafür entscheidend. Es bringt die Katalysator-Schicht einfach aufs Glas und macht den Schritt vom kleinen Laboraufbau zur größeren Fläche technisch greifbarer.

Noch verliert der Reaktor zu viel Material

Bis zu einer echten Anwendung bleibt der Weg lang. In kleineren Dauertests löste sich nach 22 Stunden ein großer Teil des Kobalt-Co-Katalysators aus der Schicht. Die Studie nennt rund 60 Prozent. Die Wissenschaftler konnten die Leistung wiederherstellen, indem sie die Schicht neu auftrugen. Für eine spätere Anlage wäre das keine Dauerlösung.

Auch die Ausbeute muss steigen. Komplexe Abfallstoffe bremsen die Reaktion stärker als einfache Modellstoffe. Rückstände aus der Vorbehandlung können aktive Stellen blockieren oder Licht streuen. Dann sinkt die Wasserstoffmenge. Der Reaktor arbeitet also, aber noch nicht robust genug für den Alltagseinsatz.

Wasserstoff bleibt vorerst teuer

Die Wissenschaftler rechneten die Kosten mit echten Messwerten aus dem Außentest durch. Bei vorbehandelter Cellulose lag der berechnete Preis bei 7,44 Pfund (8,62 Euro) pro Millimol Wasserstoff. Bei Glukose waren es 1,71 Pfund (1,98 Euro) pro Millimol. Mit wiederverwendeten Platten und neu aufgetragenem Katalysator sank der Wert auf 0,93 Pfund (1,08 Euro) pro Millimol.

Damit ist der Wasserstoff aus dem Reaktor noch weit von einem konkurrenzfähigen Produkt entfernt. Bessere Haltbarkeit, mehr Lichtausbeute und größere Anlagen könnten die Kosten senken. Die Nebenprodukte aus der Abfallverwertung wurden in der ersten Rechnung noch nicht vollständig als wirtschaftlicher Vorteil einbezogen.

Noch ist aus dem Experiment keine fertige Anlage für Städte, Recyclinghöfe oder Industrieparks geworden. Der Test im Freien liefert aber harte Daten statt reiner Laborwerte. Und er macht klar, woran die Technik jetzt gemessen wird: längere Laufzeiten, stabilere Schichten, höhere Ausbeute und niedrigere Kosten.

Kurz zusammengefasst:

Cambridge-Forscher haben einen Solarreaktor im Quadratmeter-Maßstab draußen getestet, der aus vorbehandeltem Plastikmüll und Biomasse Wasserstoff erzeugt.
Der Reaktor verarbeitet keine ganzen Flaschen, sondern chemisch vorbereitete Abfallstoffe; Sonnenlicht startet dabei eine Reaktion auf beschichteten Glasplatten.
Noch sind Ausbeute, Haltbarkeit und Kosten zu schwach für den Einsatz in der Praxis, doch der Test liefert erstmals reale Daten außerhalb des Labors.

Übrigens: Schon vor dem Cambridge-Test arbeiteten Forscher daran, Plastikmüll mit Sonnenlicht in Wasserstoff, Synthesegas und andere nutzbare Stoffe zu verwandeln. Warum ausgerechnet alte Flaschen und Verpackungen eines Tages Energie liefern könnten – mehr dazu in unserem Artikel.