{"id":100697,"date":"2024-07-19T02:29:00","date_gmt":"2024-07-19T00:29:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=100697"},"modified":"2024-07-18T13:31:49","modified_gmt":"2024-07-18T11:31:49","slug":"neue-technologien-zur-umwandlung-von-sonnenenergie-in-gruene-solarbrennstoffe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neue-technologien-zur-umwandlung-von-sonnenenergie-in-gruene-solarbrennstoffe\/","title":{"rendered":"Neue Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in gr\u00fcne Solarbrennstoffe"},"content":{"rendered":"\n

Die Technische Universit\u00e4t Ilmenau erforscht in einem gro\u00dfangelegten Bundesprojekt Hochleistungsbauelemente und ihre Eigenschaften, um die Herstellung von Wasserstoff aus Sonnenlicht stabiler, effizienter und kosteng\u00fcnstiger zu machen. <\/p>\n\n\n\n

Mit dem Ziel, die klimaneutrale Energieversorgung auszubauen, f\u00f6rdert das BMBF das Forschungsprojekt \u201eSINATRA: PARASOL\u201c im Rahmen der F\u00f6rderma\u00dfnahme SINATRA mit 2,8 Millionen Euro<\/a> f\u00fcr sechs Jahre. Gelingt das Projekt, hat die wettbewerbsf\u00e4hige Umwandlung von Sonnenenergie in gr\u00fcnen Wasserstoff verschiedenste Anwendungsm\u00f6glichkeiten in Energieversorgung, Industrie und Gesellschaft.<\/p>\n\n\n\n

Weltweit suchen Forscher nach Alternativen zu den herk\u00f6mmlichen fossilen Energietr\u00e4gern: Die sind nicht unbegrenzt verf\u00fcgbar, umweltsch\u00e4dlich und teuer. Brennstoffe, die regenerativ, sauber und kosteng\u00fcnstig erzeugt werden k\u00f6nnen, sind das Gebot der Stunde. Solare Brennstoffe, die mit erneuerbarer Energie hergestellt werden, erm\u00f6glichen es, die Sonnenenergie in Form von chemischen Bindungen zu speichern, beispielsweise in Wasserstoffmolek\u00fclen, und dies vollkommen frei von sch\u00e4dlichem Kohlenstoffdioxid. In Wasserstoff sehen viele den Energietr\u00e4ger der Zukunft. Wasserstoff kann als Gas und Fl\u00fcssigkeit gespeichert und in tragbaren Tanks oder \u00fcber Wasserstoff-Pipelines transportiert werden. Bei der Reaktion mit Sauerstoff erzeugt Wasserstoff lediglich Wasser, W\u00e4rme und Strom. Und da er keinen Kohlenstoff enth\u00e4lt, entsteht kein sch\u00e4dliches Kohlendioxid.<\/p>\n\n\n\n

Als K\u00f6nigsweg zur Produktion solarer Brennstoffe gelten sogenannte photoelektrochemische Zellen. Um zum Beispiel Wasserstoff herzustellen, werden Wassermolek\u00fcle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Dies geschieht mit Hilfe halbleiterbasierter Materialien: Sie absorbieren im Halbleiter die Sonnenenergie, die in Elektronen umgewandelt werden, die sich, genau wie die Elektronen im Strom, zum gew\u00fcnschten Ger\u00e4t bewegen k\u00f6nnen, um es mit Energie zu versorgen \u2013 der entscheidende Schritt f\u00fcr die Gewinnung von \u201esauberer\u201c elektrischer Energie.<\/p>\n\n\n\n

Solche Photoabsorber gibt es bereits, sie basieren auf einer Kombination aus sogenannten III-V-Halbleitern und Silizium, einem Material, dasfast unbegrenzt verf\u00fcgbar ist und nahezu ideale physikalisch-chemische Eigenschaften f\u00fcr den Energieumwandlungsprozess besitzt.Doch diese Systeme haben einen entscheidenden Nachteil: Kommen der III-V-Halbleiter oder Silizium mit einem Elektrolyten in Kontakt, korrodiert das Material oder l\u00f6st sich sogar im Elektrolyten auf. Um das System robust und zuverl\u00e4ssig zu machen, werden die Zellen mit einer Schutzschicht versehen und um die gew\u00fcnschte chemische Reaktion zu steuern, wird ein Katalysator integriert. Doch auch solche optimierten Systeme sind nur wenige Stunden stabil, da die Stabilit\u00e4t von der Materialzusammensetzung sowohl der Schutzschicht, als auch des Katalysators abh\u00e4ngt. Zudem f\u00fchren beide Komponenten, Schutzschicht und Katalysator, zu zus\u00e4tzlichen Effizienzverlusten.<\/p>\n\n\n

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\u00a9 tu-ilmenau.de | Michael_Reichel | Die Nachwuchsforschungsgruppe arbeitet mit modernster Technologie daran, die Oberfl\u00e4chen von Halbleitern gezielt zu manipulieren.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Im Institut f\u00fcr Physik<\/a> der TU Ilmenau arbeitet eine von sieben vom Bundesforschungsministerium gef\u00f6rderten Nachwuchsforschungsgruppen im Rahmen der F\u00f6rderma\u00dfnahme SINATRA daran, die Oberfl\u00e4chen von Halbleitern gezielt zu manipulieren. Im Projekt PARASOL<\/strong> (\u201ePassivierungsschutzschichten f\u00fcr Multiabsorber: Hochleistungsbauelemente f\u00fcr die photoelektrochemische Herstellung von Solarbrennstoffen\u201c) entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Dr. Agnieszka Paszuk d\u00fcnne, stabile und effiziente Schutzschichten aus Metalloxiden f\u00fcr photoelektrochemische Zellen.<\/p>\n\n\n\n

Die \u00dcberg\u00e4nge von einem Material zum anderen, die so genannten Grenzfl\u00e4chen, sind das kritischste Problem, das es f\u00fcr Dr. Paszuk und ihr Team zu l\u00f6sen gilt. Unter Grenzfl\u00e4che versteht man die Grenze zwischen zwei Raumbereichen, die von unterschiedlicher Materie oder von Materie in unterschiedlichen physikalischen Zust\u00e4nden eingenommen werden. Eine Grenzfl\u00e4che ist also keine geometrische Oberfl\u00e4che, sondern eine d\u00fcnne Schicht, die andere Eigenschaften als das Hauptmaterial auf beiden Seiten der Grenzfl\u00e4che hat. Bei der Verwendung von III-V Halbleiter und Passivierungsschutzschichten aus Metalloxid in den Bauelementen kommen Materialgruppen zusammen, die verschiedenen Halbleiterfamilien angeh\u00f6ren. \u201eDas ist deswegen ein Problem,\u201c so Dr. Agnieszka Paszuk, \u201eweil es bei einer ungenauen Zusammenf\u00fchrung dieser Materialien bei der Energiegewinnung zu Leistungseinbu\u00dfen kommt. Wir machen uns jetzt auf die Suche nach dem optimalen Material und nach der idealen Zusammensetzung, Kristallinit\u00e4t und Oberfl\u00e4chenmorphologie der Metalloxid-Passivierungsschicht. Damit werden wir nicht nur stabile Bauelemente, sondern auch einen stabilen Ladungstransport in einer solchen Schicht erzielen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Um Stabilit\u00e4t und Effizienz der photoelektrochemischen Zellen zu maximieren, muss das Forschungsteam die Grenzfl\u00e4che zwischen solchen Passivierungsschichten und dem III-V-Halbleiter auf atomarer Ebene untersuchen. Dies geschieht im Zentrum f\u00fcr Mikro- und Nanotechnologien (ZMN<\/a>) in einem der gr\u00f6\u00dften Universit\u00e4tsreinr\u00e4ume Europas mit modernster Technologie: einer Kombination aus in situ optischer Spektroskopie und Photoelektronenspektroskopie. F\u00fcr stabile und effizientephotoelektrochemische Zellen muss aber, wie Dr. Agnieszka Paszuk wei\u00df, noch ein weiteres Problem gel\u00f6st werden: \u201eUm die komplexen Verluste der Photospannung und die Ladungstr\u00e4gerdynamik an den kritischen Grenzfl\u00e4chen verhindern zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen wir die Zellen im Kontakt mit einem Elektrolyten unter realistischen Arbeitsbedingungen untersuchen \u2013 eine wirkliche Herausforderung, aber n\u00f6tig, um die elektronischen Zust\u00e4nde und die chemischen Ver\u00e4nderungen an der Grenzfl\u00e4che Festk\u00f6rper\/Fl\u00fcssigkeit genau zu verstehen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Gelingt das \u201eSINATRA: PARASOL\u201c-Projekt, hat die wettbewerbsf\u00e4hige Umwandlung von Sonnenenergie in gr\u00fcnen Wasserstoff mannigfaltige Anwendungsm\u00f6glichkeiten: Gespeichert in gro\u00dfen Reservoirs und verteilt \u00fcber spezielle Wasserstoffpipelines, wird die neue Technologie zur Stabilisierung der Energieversorgung beitragen. Gro\u00dftechnische industrielle Verfahren werden ebenso davon profitieren wie Fahrzeugantriebe und die verschiedensten mobilen und station\u00e4ren Anwendungen von neuartigen Brennstoffzellen auf Basis von gr\u00fcnem Wasserstoff.<\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

Technische Universit\u00e4t Ilmenau 2024<\/a><\/p>\n

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