Solarbetriebenes Blatt für den Kampf gegen den Klimawandel

Forschende haben mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts Sun-To-X ein künstliches Blatt geschaffen, das Wasser gewinnen und dann in Wasserstoff-Brennstoff umwandeln kann. In einer Pressemitteilung auf „chemeurope.com“ heißt es: „Die Technologie auf Halbleiterbasis ist skalierbar und einfach vorzubereiten.“ Die Forschung wird auch in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ vorgestellt.

„Um eine nachhaltige Gesellschaft zu verwirklichen, brauchen wir Möglichkeiten, erneuerbare Energie in Form von Chemikalien zu speichern, die in der Industrie als Brenn- und Einsatzstoffe verwendet werden können“, wird der leitende Autor der Studie, Prof. Kevin Sivula an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz, einem Projektpartner von Sun-To-X, auf „chemeurope.com“ zitiert. „Solarenergie ist die am häufigsten vorkommende Form erneuerbarer Energie. Wir streben danach, wirtschaftlich wettbewerbsfähige Verfahren zur Herstellung von Solartreibstoffen zu entwickeln.“

Durch diese Erfindung ist die Forschung ihrem lang ersehnten Ziel, ein ausschließlich solarbetriebenes Gerät zu entwickeln, das Wasser aus der Luft gewinnen und Wasserstoff-Brennstoff erzeugen kann, viel näher gekommen. Gemeinsam mit seinem Team hat Prof. Sivula ein System geschaffen, in dem halbleiterbasierte Technologie mit neuartigen Elektroden kombiniert wird. Das Elektrodensubstrat besteht nicht aus herkömmlichen, für das Sonnenlicht undurchsichtigen Schichten, sondern aus einem dreidimensionalen Netz aus gefilzten Glasfasern. Die Gasdiffusionselektroden sind somit porös, wodurch der Kontakt mit dem Wasser in der Luft maximiert wird. Sie sind zudem transparent. Diese Eigenschaft maximiert die Sonneneinstrahlung auf die Halbleiterbeschichtung. Wenn das Gerät also dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, extrahiert es Wasser aus der Luft und erzeugt Wasserstoffgas.Bei ihrer Forschung ließen sich die EPFL-Ingenieurinnen und -Ingenieure in Zusammenarbeit mit Toyota Motor Europe, Belgien, von der Art und Weise inspirieren, wie Pflanzen in der Lage sind, Sonnenlicht mithilfe von Kohlendioxid aus der Luft in chemische Energie umzuwandeln. Sie beschichteten die Elektroden mit einem Licht sammelnden Halbleitermaterial, sodass die Elektroden wie ein künstliches Blatt Wasser aus der Luft gewinnen und über das Sonnenlicht Wasserstoffgas produzieren können. Nach Angaben in der Pressemitteilung wird die Energie des Sonnenlichts in Form von Wasserstoffbrückenbindungen gespeichert.

Bei früheren Studien wurde nachgewiesen, dass mittels photoelektrochemischen Zellen aus flüssigem Wasser und Sonnenlicht Wasserstoff-Brennstoff erzeugt werden kann. Es ist jedoch kompliziert, derartige Vorrichtungen, die eine Flüssigkeit verwenden, großflächig herzustellen. Die neuen Elektroden stammen aus der Anpassung der photoelektrochemischen Zellen an die Gewinnung von Feuchtigkeit aus der Luft.

„Die Entwicklung unseres Prototyps war eine Herausforderung, da transparente Gasdiffusionselektroden bisher noch nicht demonstriert wurden und wir für jeden Schritt neue Verfahren entwickeln mussten“, berichtet die EPFL-Ingenieurin Dr. Marina Caretti. „Da jedoch jeder Schritt relativ einfach und skalierbar ist, denke ich, dass unser Ansatz neue Horizonte für eine breite Palette von Anwendungen eröffnen wird, angefangen bei Gasdiffusionssubstraten für die solarbetriebene Wasserstofferzeugung.“

Das Team von Sun-To-X (Solar Energy for Carbon-Free Liquid Fuel) arbeitet jetzt an der Optimierung seines Systems, um die energieeffiziente Synthese alternativer Flüssigkraftstoffe zur Anwendung im Verkehr und Energiespeicherung weiter voranzubringen. Die Ergebnisse werden zum Aufbau einer nachhaltigen Zukunft und zur Eindämmung des Klimawandels beitragen.

Weitere Informationen:

Sun-To-X-Projektwebsite