Single bubbles growth by water electrolysis
Wasserstoff ist ein bedeutender Energieträger mit hoher praktischer Relevanz für die Energiespeicherung durch Power-to-Gas-Verfahren. In zahlreichen Anwendungen ist Wasserstoff im gasförmigen Zustand das gewünschte primäre oder ein sekundäres Produkt von Reaktionsprozessen.
Ein wichtiges Beispiel ist die Erzeugung von Sauerstoff durch Wasserelektrolyse auf der Internationalen Raumstation. Hier spielt gasförmiger Wasserstoff eine untergeordnete Rolle, könnte aber zukünftig zur Rückgewinnung von Wasser mittels der Sabatier-Reaktion genutzt werden. Ein zentrales Problem bei der Elektrolyse ist, dass die Gasbläschen die Elektrodenoberfläche besetzen und so die Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion sowie die Gesamteffizienz des Systems verringern. Ähnlich wie bei der Wasserelektrolyse unter terrestrischen Bedingungen müssen auch unter Mikrogravitationsbedingungen sowohl Wasserstoff- als auch Sauerstoffbläschen entfernt werden. Die Entstehung und Ablösung dieser Gasbläschen sind in der Schwerelosigkeit oder Mikrogravitation eine besondere Herausforderung. Eine intensive Forschung ist sowohl zur makro- als auch mikroskaligen Untersuchung der Wasserstoffbläschen erforderlich.
Diese Parabelflugkampagne soll einen detaillierten Einblick in die Entstehung und Ablösung einzelner Wasserstoff- und Sauerstoffbläschen unter Mikrogravitationsbedingungen geben. Die zu untersuchenden experimentellen Parameter beinhalten auch die Gegenwart eines Elektrolytstroms, der entlang der katalytischen Oberflächen gepumpt wird. Darüber hinaus sollen während der Parabelflugkampagne auch die Temperaturgradienten, die bereits aus terrestrischen Experimenten bekannt sind und eine Marangoni-Kraft auf die Bläschen ausüben, gemessen werden. Insgesamt zielen die experimentellen Untersuchungen darauf ab, die Gestaltung zukünftiger Experimente zur Wasserelektrolyse und photoelektrochemischen Wasserspaltung voranzutreiben und allgemein Strategien zur Steigerung der Gasproduktionsrate unter Mikrogravitationsbedingungen zu entwickeln.