{"id":92122,"date":"2023-06-22T07:33:01","date_gmt":"2023-06-22T05:33:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=92122"},"modified":"2023-07-02T09:17:48","modified_gmt":"2023-07-02T07:17:48","slug":"energiewende-mit-wasserstoff-vom-dach","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/energiewende-mit-wasserstoff-vom-dach\/","title":{"rendered":"Energiewende mit Wasserstoff vom Dach"},"content":{"rendered":"\n

Wasserstoff, Kraftstoffe und sogar Trinkwasser effizient auf Dachfl\u00e4chen oder in Solarparks produzieren \u2013 das wollen Forschende des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) und ihre kanadischen Partner mit kosteng\u00fcnstigen Fotoreaktormodulen erm\u00f6glichen. Dabei sind ihnen jetzt wichtige Fortschritte gelungen. \u00dcber ihre Ergebnisse berichten sie in der Fachzeitschrift Joule<\/em><\/a>. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bei der k\u00fcnstlichen Fotosynthese werden chemische Reaktionen mithilfe von Sonnenlicht durchgef\u00fchrt. Wie beim nat\u00fcrlichen Vorbild werden Photonen dabei von einem fotokatalytisch aktiven Material so absorbiert, dass ihre Energie direkt eine chemische Reaktion antreibt. \u201eInzwischen sind unterschiedliche Fotokatalysatoren bekannt. Mit ihnen l\u00e4sst sich zum Beispiel Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten, es lassen sich aber auch klimaneutrale Kraftstoffe aus Wasser und Kohlendioxid herstellen\u201c, sagt Paul Kant vom Institut f\u00fcr Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. <\/p>\n\n\n\n

Bislang war die Technologie allerdings vor allem im Labor zu finden, weil die Kosten einer Produktion von solarem Wasserstoff schlicht zu hoch waren. Mit einem Konzept f\u00fcr hocheffiziente Fotoreaktorpaneele, die in kosteng\u00fcnstigen Modulen verbaut werden k\u00f6nnen, ist der Forschungsgruppe nun aber ein entscheidender Schritt in Richtung Praxis gelungen. Den gro\u00dffl\u00e4chigen Einsatz solcher neuartiger Fotoreaktormodule auf Hausd\u00e4chern oder in Solarfarmen zur Herstellung von Wasserstoff oder Kraftstoffen h\u00e4lt Kant f\u00fcr eine der gro\u00dfen technologischen Chancen der Menschheit im Kampf gegen die Klimakrise: \u201eDas k\u00f6nnte den Einsatz fossiler Energietr\u00e4ger schlichtweg \u00fcberfl\u00fcssig machen.\u201c Kant leitete die Forschungsarbeiten federf\u00fchrend w\u00e4hrend seiner Promotion bei Professor Roland Dittmeyer am IMVT. Sie sind Teil des Helmholtz-Programms Materials and Technologies for the Energy Transition.<\/p>\n\n\n\n

Optimiertes Reaktorkonzept f\u00fcr den Massenmarkt<\/h4>\n\n\n\n

Ein effizientes Fotoreaktormodul f\u00fcr die praktische Anwendung muss im Wesentlichen zwei Komponenten aufweisen: Zum einen muss ein geeigneter Fotokatalysator zur Verf\u00fcgung stehen, der die eigentliche chemische Reaktion antreibt. Zum anderen muss ein Fotoreaktor vorhanden sein, also ein \u201eBeh\u00e4ltnis\u201c f\u00fcr den Fotokatalysator sowie die Ausgangsstoffe der chemischen Reaktion. \u201eDer Fotoreaktor sollte einfallendes Sonnenlicht idealerweise verlustarm zum Fotokatalysator leiten, egal aus welcher Richtung es einf\u00e4llt, beziehungsweise egal wo am Himmel die Sonne steht\u201c, erkl\u00e4rt Kant. \u201eWichtig ist au\u00dferdem, dass der Fotoreaktor durch seine Struktur und das verwendete Material optimale Betriebsbedingungen f\u00fcr den Fotokatalysator gew\u00e4hrleistet, etwa die richtige Temperatur oder die passende Intensit\u00e4t bei der Absorption von Licht am Fotokatalysator.“ <\/p>\n\n\n\n

Das von dem Forschungsteam \u00a0vorgestellte Fotoreaktorkonzept adressiert genau diese doppelte Herausforderung: Es besteht aus mikrostrukturierten Polymerpaneelen, die f\u00fcr eine hohe Reflektivit\u00e4t mit Aluminium beschichtet werden und erm\u00f6glicht sowohl optimale Betriebsbedingungen als auch einen effizienten Transport von Licht zum Fotokatalysator \u00fcber den gesamten Tagesverlauf. Die Forschenden haben das System mithilfe computergest\u00fctzter Geometrieoptimierung sowie einem fotokatalytischen Modellsystem entwickelt und konnten es bereits im Laborma\u00dfstab demonstrieren.<\/p>\n\n\n

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Labordemonstrator des neuartigen Fotoreaktors. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Kostensenkung durch preiswerte Module<\/h4>\n\n\n\n

Auf Grundlage einer allgemeing\u00fcltigen Richtlinie, die von den Forschenden auf Basis einer detaillierten Analyse ihres Reaktorkonzepts erarbeitet wurden, k\u00f6nnen zuk\u00fcnftige Fotoreaktormodule nun f\u00fcr unterschiedliche Einsatzzwecke verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig einfach auf maximale Effizienz ausgelegt werden. Eine hohe Effizienz bei der chemischen Reaktion ist allerdings nur ein Teil der Herausforderung, um die k\u00fcnstliche Fotosynthese als eine wirtschaftliche Technologie zu etablieren. F\u00fcr relevante Produktmengen m\u00fcssen extrem gro\u00dfe Fl\u00e4chen mit Fotoreaktorpaneelen bedeckt werden. \u201eUm die Kosten zu senken verwenden wir kosteng\u00fcnstige Materialien sowie Geometrien, die in etablierten Massenfertigungsverfahren hergestellt werden k\u00f6nnen\u201c, sagt Kant. Nach ersten Berechnungen sch\u00e4tzen die Forschenden den Preis auf ungef\u00e4hr 22 US-Dollar pro Quadratmeter Fotoreaktormodul. <\/p>\n\n\n\n

In weiterf\u00fchrenden Arbeiten unter der Federf\u00fchrung von Anselm Dreher wird in den n\u00e4chsten Schritten nun am IMVT in Karlsruhe und in der Arbeitsgruppe um Professor Geoffrey Ozin in Toronto ein geeigneter Fotokatalysator entwickelt, der effizient Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Der Fotokatalysator wird anschlie\u00dfend in die vorgestellten Fotoreaktoren integriert. Ferner umfassen aktuelle Arbeiten Untersuchungen zur Massenproduktion der vorgestellten Paneele. <\/p>\n\n\n\n