Auf der Suche nach einem Durchbruch bei der Erzeugung von Solarwasserstoff als Kraftstoff

Die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie ist etwas, was Pflanzen hervorragend beherrschen, wo die Technik aber noch zu kämpfen hat. In dem EU-Projekt FreeHydroCells versuchen AMO GmbH und Partner, die Grenzen der heutigen Ansätze zu überwinden, um durch Absorption von Sonnenenergie Wasserstoff zu synthetisieren. Dies könnte eine praktikable und umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen.

Die Sonne bietet unserem Planeten einen nahezu unbegrenzten Vorrat an Energie, und doch macht sie heute weniger als 7 % der in der EU erzeugten Energie aus.  Der Grund dafür liegt in der Schwierigkeit, Sonnenenergie in andere Energieformen umzuwandeln, die genutzt und gespeichert werden können. In Jahrmillionen der Evolution haben Pflanzen ein effizientes Verfahren entwickelt, um aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid Energie in Form von Zucker zu synthetisieren. Das Projekt FreeHydroCells zielt auf die Entwicklung eines neuen photoelektrochemischen Systems ab, das in der Lage ist, mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser zu spalten und molekularen Wasserstoff zu erzeugen.

Erzeugung von molekularem Wasserstoff

Die Kernidee besteht darin, das Absorptionspotenzial der Sonnenenergie eines Blattes durch die Anordnung von Kaskaden nanometerdicker Halbleitermaterialien als vergrabene pn-Übergänge zu imitieren. Durch sorgfältiges Band-Engineering wird es möglich sein, eine Potenziallandschaft zu entwerfen, die die photoelektrochemische Wasserspaltungsreaktion antreibt und die Rekombination von Ladungen durch eingebaute elektrische Felder vermeidet, so dass das System in der Lage sein wird, molekularen Wasserstoff zu erzeugen, wenn es in Wasser getaucht und dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, ohne dass eine externe Energieversorgung erforderlich ist.

Es erfordert eine Reihe von wissenschaftlichen Durchbrüche in bestimmten Bereichen, die alle zusammenwirken müssen, um die volle Wirkung des Projekts zu erzielen. FreeHydroCells ist ein risikoreiches Forschungsprojekt – wie in der EU-Förderaufforderung gefordert. Bei vollem Erfolg wird FreeHydroCells einen sauberen und effizienten Weg zur Herstellung von Wasserstoff als Kraftstoff bieten und eine praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen. Selbst wenn das Projekt nur teilweise erfolgreich sein sollte, hat es das Potenzial, Wissenschaft und Technologie entscheidend voranzubringen und eine Grundlage für weitere Forschungen zu schaffen.

Potenzieller Nutzen für die globale Energieversorgung ist immens

Im Rahmen des Projekts wird AMO an der Material- und Prozessentwicklung der neuartigen photoelektrochemischen Zellen beteiligt sein, ein Arbeitspaket leiten und bei allen Arbeitspaketen und Aufgaben eng mit den Partnern zusammenarbeiten. “Es wird sowohl eine Herausforderung als auch eine spannende Aufgabe sein, die Mehrschichtverbindungen zu züchten, zu charakterisieren und zu optimieren, um diese komplexen Zellen zur effizienten Gewinnung und Umwandlung von Sonnenenergie zu bilden. Ein Prozess, der in der Natur scheinbar mühelos abläuft, erfordert ein hohes Maß an Kreativität und Technik, um in die Praxis umgesetzt zu werden, aber der potenzielle Nutzen für unsere globale Energieversorgung ist immens”, sagt Dr. Ulrich Plachetka, Leiter der Sensor Technology Group bei AMO.

Das Projekt wird von der Europäischen Kommission mit einem Budget von 3,75 Mio. € finanziert und hat eine Laufzeit von drei Jahren. FreeHydroCells wird vom University College Cork (Irland) koordiniert und bringt ein multidisziplinäres Konsortium von Partnern aus ganz Europa zusammen, darunter das Tyndall National Institute (Irland), das Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energie Alternatives (Frankreich), die RWTH Aachen (Deutschland), den Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italien), die AMO GmbH (Deutschland), BARDS Acoustic Science Labs (Irland) und die UCC Academy (Irland).