Gewächshäuser steigen zusammen mit Pflanzen in die Energieumwandlung ein
Die Deckung des weltweit wachsenden Nahrungsmittel- und Energiebedarfs bei gleichzeitiger Eindämmung des Klimawandels ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Landwirtschaft und Gebäude verbrauchen mit am meisten Energie – und verursachen entsprechend viele Emissionen. Obwohl der Anbau in Gewächshäusern im Vergleich zum Anbau im Freiland eine erheblich gesteigerte Nahrungsmittelproduktion pro Hektar ermöglicht, ist er energieintensiver. Dank der großen sonnenbeschienenen Flächen besitzen Gewächshäuser jedoch auch das einzigartige Potenzial, das Sonnenlicht zur Erzeugung sauberer Elektrizität zu nutzen – mit enormen globalen Vorteilen für die Landwirtschaft und die Umwelt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PanePowerSW bringen Forschende ihr transparentes Solarglasprodukt PanePower Solar Window auf den Markt, das von Gewächshäusern bis hin zu Fenstern in Gewerbegebäuden eingesetzt werden kann.
Mehr als eine Möglichkeit, die Energieerzeugung zu steigern
Solarzellen wandeln das Sonnenlicht in Strom um, indem sie Photonen aus einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums absorbieren. Die Photonen regen die photovoltaischen Materialien an, indem sie einige Elektronen herausschlagen und einen elektrischen Stromfluss generieren. Auf dem Markt für Photovoltaik wird seit den 1970er Jahren das Potenzial der lumineszierenden Solarkonzentratoren zur Effizienzsteigerung bei der Stromerzeugung untersucht. Diese absorbieren Photonen, die vorhandene Photovoltaikmaterialien nicht mit Energie versorgen können, und geben sie bei Wellenlängen ab, die dies vermögen. PanePowerSW machte sich die spektrumverschiebenden lumineszierenden Solarkonzentratoren zunutze, um die Effizienz von Solarzellen zu verbessern, aber auch um die photosynthetisch aktive Strahlung für Pflanzen zu erhöhen. Die Verwendung transparenter Materialien, die Photonen durchlassen, ist kontraintuitiv, denn bei der Stromerzeugung müssen Photonen absorbiert werden. Nick Kanopoulos, Präsident und Geschäftsführer von Brite sowie Koordinator von PanePowerSW, erklärt: „Der große Erfolg von PanePowerSW liegt in den neuartigen Nanomaterialien lumineszierender Solarkonzentratoren, die das ultraviolette Licht verschieben. Photonen im ultravioletten Bereich, die weder für Photovoltaikmodule noch für wachsende Pflanzen nützlich sind, leiten wir um und senden sie in die roten und blauen Bereiche des Spektrums zurück, die für beide vorteilhaft sind. Auf diese Weise kann sichtbares Licht durch die Module dringen; gleichzeitig können Stromerzeugung und Photosynthese gesteigert werden, was die Technologie für die Anwendung im Gewächshaus ideal macht.“
Höhere Erträge, niedrigere Kosten, weniger Emissionen
PanePowerSW optimierte die Formulierung der Nanomaterialien für lumineszierende Solarkonzentratoren und konzipierte das transparente Solarglasprodukt so, dass es die Kriterien für eine allgemeine Markteinführung erfüllt. Das Produkt wurde durch den Einsatz in einem Pilotgewächshaus validiert. Feldversuche wiesen eine Senkung der Energiebetriebskosten um bis zu 80 % nach, die sich aus dem Verkauf von Strom an das Netz ergab – ein Wert, der in Ländern mit intensiverer Sonneneinstrahlung noch höher ausfallen dürfte. „Der Traubenanbau in unserem Pilotgewächshaus wies einen negativen CO2-Fußabdruck pro Kilogramm produzierter Trauben auf: eine Weltpremiere für die Landwirtschaft, mit unbegrenztem Skalierungspotenzial“, ergänzt Kanopoulos. Eine vollautomatische, hochmoderne Produktionslinie für den Tintenstrahldruck von Nanomaterialien wird es Brite ermöglichen, sein Solarglas zu deutlich niedrigeren Kosten als bisher bereitzustellen. Kanopoulos fügt hinzu: „Die Fertigungstechnik kann die vorhandenen Instrumenten der Produktionslinie problemlos ergänzen. Damit ist unser Angebot hochgradig skalierbar und alle für die Herstellung unseres Solarglases verwendeten Materialien sind umweltfreundlich und vollständig recycelbar. Kurz gesagt, PanePowerSW kann eine nachhaltige Lebensmittelversorgung für die Welt sicherstellen und sich positiv auf die Umwelt auswirken.“ PanePowerSW könnte schon bald den globalen Gewächshausmarkt in Schwung bringen und dazu beitragen, dass eine stetige Versorgung mit nachhaltig erzeugten Lebensmitteln auf unseren Tisch kommt.
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