Innovatives System verwandelt Sonnenlicht in Treibstoff
Solarenergie ist reichlich vorhanden, aber ein Haupthindernis bei der Nutzung des vollen Potenzials dieser Energiequelle ist, dass sie intermittierend ist. Damit sich erneuerbare Energien in größerem Umfang durchsetzen können, werden effiziente und wirtschaftliche Möglichkeiten benötigt, mit denen sich die Energie der Sonne speichern lässt. Eine der nachhaltigsten Methoden zur Energiespeicherung ist die direkte Umwandlung von Wasser in Wasserstoff mithilfe von Sonnenlicht. Der Wasserstoff kann dann direkt als Brennstoff verwendet oder zu flüssigen Kohlenwasserstoffen weiterverarbeitet werden. Die photoelektrische (PEC) Wasserspaltung, ein Prozess, bei dem mithilfe von Solarenergie Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden, ist eine vielversprechende Technologie für die Wasserstofferzeugung. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts PECDEMO (Photoelectrochemical demonstrator device for solar hydrogen generation) haben Forscher erfolgreich ein PEC-System zur Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenenergie entwickelt. Diese hocheffiziente, skalierbare Solar-Wasserspaltungsvorrichtung verwendet reichlich verfügbare Materialien, während die Integration von Lichtabsorptions- und Elektrolysfunktionalitäten die Kosten des Systemgleichgewichts reduziert. Technologisch-ökonomische Analysen zeigen, dass dieser Ansatz unter bestimmten Bedingungen mit gekoppelten Photovoltaik-Elektrolysesystemen konkurrieren kann. Das neu entwickelte Hybrid-Tandemgerät zur solaren Wasserspaltung verwendet eine stabile Photoelektrode auf Basis von Metalloxiden als Top-Absorber und einer hocheffizienten Solarzelle als Bottom-Absorber. Die Stabilität und Beständigkeit der Photoelektroden wurde durch die Funktionalisierung mit effizienten Elektrokatalysatoren, die Verwendung von selektiven Transportschichten und Schutzschichten sowie die Auswahl geeigneter Elektrolytlösungen und Betriebsbedingungen verbessert. Trotz des innovativen Systems des Projekts ist die PEC-basierte Technologie zur solaren Wasserspaltung immer noch weit von einer kommerziellen praktikablen Lösung entfernt, hauptsächlich wegen der geringen Umwandlungseffizienzen bei großen Mengen. Darüber hinaus bleibt es eine große Herausforderung, alle drei Anforderungen (Effizienz, Stabilität und Skalierbarkeit) in einem einzigen System zu erfüllen. PECDEMO verschob jedoch die Grenzen für reale Anwendungen und leistete Pionierarbeit, indem es half, hinderliche Mechanismen aufzudecken und zu überwinden und den Weg für zukünftige Lösungen auf Basis von PEC und Solarzellen zu ebnen.
Schlüsselbegriffe
Sonnenenergie, Wasserstoff, photoelektrochemisch, Wasserspaltung, PECDEMO
