Mit Solarenergie in eine saubere Zukunft

Photoreactor

Die Sonne ist heiß – sehr heiß. Per Strahlung gelangen tagtäglich Unmengen an Energie zur Erde. Über Jahrmillionen hinweg hat sich die Natur an diese stetige Energiezufuhr angepasst und ausgefeilte Mechanismen entwickelt, um diese Energie sinnvoll zu nutzen. In ungleich kürzerer Zeit ist es Wissenschaftlern innerhalb der vergangenen 20 Jahre gelungen, die Sonnenstrahlung per Photovoltaik in Strom umzuwandeln – mit inzwischen vergleichsweise hohem Wirkungsgrad. Jetzt werden die Bemühungen forciert, die Solarenergie auch für die Wasserstoffherstellung nutzbar zu machen, doch das ist gar nicht so einfach – weder im Kleinen – wie hier – noch im Großen.

Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH leitet derzeit ein europaweites Forschungsprojekt, in dem innerhalb von vier Jahren ein wirtschaftliches Verfahren für eine solare Wasserstofferzeugung entwickelt werden soll. Im Rahmen von PECSYS (Photo-ElectroChemical SYStem for solar hydrogen production) sollen Photovoltaikzellen so mit Elektrokatalysatoren kombiniert werden, dass Wasser möglichst effizient in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden kann.

Obwohl auf diesem Forschungsgebiet in den letzten Jahren bereits große Fortschritte erzielt werden konnten, sind immer noch viele Fragen offen. So konnte bislang – anders als bei der Photovoltaik – noch nicht einmal geklärt werden, welcher technologische Ansatz am aussichtsreichen sein könnte. Ein zentraler, aber bisher ungeklärter Punkt ist beispielsweise die Materialfrage.

Dafür sind aber zumindest die Ziele dieses Projekts, das im Rahmen des EU-Forschungsprogramms Horizon2020 mit 2,5 Mio. Euro gefördert wird, identifiziert: Innerhalb von vier Jahren wollen die beteiligten Partner aus Deutschland, Schweden und Italien die Technologie so weit entwickeln, dass sie mehrere Module mit einer Gesamtfläche von zehn Quadratmetern zu Testzwecken errichten können, um damit die Stabilität sowie den Ertrag auch auf großen Flächen demonstrieren zu können.

Dafür sollen Photovoltaikzellen aus unterschiedlichen Materialien (Silizium, Chalkogenide, Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium) zusammen mit Elektrokatalysatoren und Membranen analysiert und auch geeignete Versiegelungen untersucht werden. Das Ziel ist, ein kompaktes Bauelement zu entwickeln, das selbst unter extremen Umwelteinflüssen einwandfrei funktioniert.

Zudem soll das Vorführsystem mehr als sechs Prozent der eingestrahlten Solarenergie chemisch in Wasserstoff umwandeln und über mindestens sechs Monate stabil arbeiten. Der auf diese Weise erzeugte Wasserstoff soll außerdem weniger als fünf Euro pro Kilo kosten. Aktuell liegt der H2-Marktpreis bei acht Euro pro Kilogramm. Projektleiterin Dr. Sonya Calnan vom HZB stellte diesbezüglich fest: „Die Ziele des Projektes sind ehrgeizig und sehr konkret.“

PECSYS
Das EU-Projekt PECSYS wird vom Kompetenzzentrum Photovoltaik des HZB koordiniert. Beteiligt ist neben dem Forschungszentrum Jülich auch die Universität Uppsala, Schweden, das Consiglio Nazionale delle Richere, Italien, sowie die Unternehmen Solibro Research AB, Schweden, und 3SUN, Italien. Der Startschuss fiel im Januar 2017 am HZB in Berlin.

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