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ENERGIEWIRTSCHAFT
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Heute wird Wasserstoff zu 95 Prozent durch fossile Brennstoffe generiert. Obwohl das Gas als entscheidender Faktor für die Energiewende betrachtet wird, muss es, um wirklich zur Nachhaltigkeit beizutragen, „grün“ produziert werden. Dies heißt, dass bei der Herstellung lediglich erneuerbare Energien verwendet werden dürfen. Eine Option hierfür sind sogenannte Photoreaktoren. Diese speziellen Einrichtungen verwandeln Sonnenstrahlen unmittelbar in Wasserstoff, wobei die chemische Umwandlung innerhalb der Maschine geschieht. Techniker der Rice University in Houston, Texas, haben nun solch eine Einrichtung mit Spitzen-Leistungsfähigkeit präsentiert.
Innerhalb der Maschine wird Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt, die augenblicklich eine chemische Umsetzung in Gang setzt, um Wasser zu zerlegen. Dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Ähnliche Einrichtungen sind bereits seit etlichen Jahren auf dem Markt. „Unser Produkt ist einzigartig in dieser Kategorie, da es mit einem Rekordwirkungsgrad arbeitet und einen Halbleiter verwendet, der besonders wirtschaftlich ist. Alle Geräte in dieser Kategorie stellen grünen Wasserstoff nur mit Sonnenlicht und Wasser her“, erläutert Austin Fehr, Promotionsstudent in Chemie- und Biomolekularwissenschaft und einer der Hauptverfasser der Untersuchung. Im Labor kam der Photoreaktor auf einen Effizienzwert von 20,8 Prozent. Sie konstruierten einen Reaktor mit einer Antikorrosionsschicht, die den Halbleiter vor Wasser bewahrt. Das Außergewöhnliche an der Schicht ist, dass sie den Transfer von Elektronen nicht stört. Auch in Deutschland beschäftigen sich Wissenschaftler mit vergleichbaren Vorhaben. Das Karlsruher Institut für Technologie hat vor kurzem einen besonders preiswerten Photoreaktor vorgeführt.
So funktioniert das Gerät
Im Labor bedienten sich die Forscher einer Hochleistungs-Solarzelle, die mit Halogenid-Perowskit-Technik arbeitet. EFAHRER.com hat in der Vergangenheit über Perowskit-Solarzellen und ihre beeindruckende Leistungsfähigkeit berichtet. Die Wissenschaftler aus den USA standen jedoch vor einer Herausforderung: Halogenid-Perowskite zeigen sich im Wasser überaus instabil. Eine schlichte Abschirmung des Halbleiters hätte diesen negativ beeinflusst oder beschädigt. Nach einem Zeitraum von zwei Jahren Forschung und Versuchen mit verschiedenen Stoffen stießen sie auf die Antwort. Die entscheidende Entdeckung, so Fehr, war die Notwendigkeit von zwei Schichten für die Verzahnung: eine, um Wasser abzuhalten, und eine, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen der Schutzschicht und den Perowskit-Schichten herzustellen. Dadurch war das Team nach eigenen Angaben in der Lage, die höchste Effektivität für einen solchen Photoreaktor zu erzielen. In Belgien testet die Firma Solhyd derzeit ihre eigenen Wasserstoff-Solarmodule. Das weltweite Interesse ist enorm. Der Handelsverkauf ist allerdings erst in den nächsten Jahren vorgesehen. Die Firma gibt bekannt, dass die Effizienz bei etwa 15 Prozent liegt.
Perowskit-Solarzellen
Perowskit-Solarzellen verwenden ein Mischmaterial aus organischen und anorganischen Elementen als Halbleiter. Die Fachleute sind der Meinung, dass die Zellen künftig kostengünstiger herstellbar sein werden als traditionelle Silizium-Solarzellen. Momentan liegt jedoch die Aufgabe darin, haltbare Perowskit-Zellen in großem Umfang zu produzieren. Zu Beginn des Jahres verkündeten Wissenschaftler einen Fortschritt in der Fertigung der Zellen. Dieser soll sie widerstandsfähiger gegenüber Umwelteinflüssen machen. Zudem ermöglicht das innovative Verfahren die skalierbare Produktion der Zellen.
