Neue Technologie für effiziente Umwandlung von Sonnenlicht in energiespeichernde Verbindungen
Geht es um die Umwandlung erneuerbarer Ressourcen in saubere Energie, so gibt es kein besseres Modell als das der Pflanzen. „Pflanzen nutzen den natürlichen Prozess der Photosynthese, um Sonnenenergie, Wasser und Kohlendioxid in Brennstoff umzuwandeln“, erklärt Antoni Llobet, Professor und Gruppenleiter am Institut für chemische Forschung Katalonien (ICIQ-CERCA). In Anlehnung an diesen natürlichen Prozess haben Forschende künstliche photosynthetische Systeme wie die photoelektrochemische Zelle (PEC) entwickelt, die Sonnenenergie in Strom umwandeln kann. Dieser elektrische Strom kann dann zum Beispiel zum Aufladen der Batterie eines Elektrofahrzeugs dienen. Leider hat die PEC-Technologie auch ihre Nachteile, weil sie unter anderem das Sonnenlicht nicht annähernd so effizient wie Pflanzen absorbiert. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts LICROX bestand darin, sich mit diesem Problem zu befassen und Anstrengungen zu unternehmen, die PEC-Zellen zu einer effizienten, kostengünstigen Technologie für die direkte Umwandlung von Sonnenenergie werden zu lassen. „Unser Ziel war es, eine photoelektrochemische Zelle zu entwickeln und zu erproben, die Sonnenlicht in Kohlenstoffmoleküle umwandelt, die chemische Energie speichern können“, fügt Llobet hinzu, der als wissenschaftlicher Koordinator des Projekts fungierte.
Kohlenstoffbasierte Produkte wie Ethylen gewinnen
Die photoelektrochemische Zelle von LICROX ist einzigartig, da sie lichteinfangende Mechanismen beinhaltet, die die Effizienz der Lichtsammlung und der Katalyse steigern können. „Diese Mechanismen können auf selektive Weise die Oxidation von Wasser und die Reduktion von Kohlendioxid vorantreiben, wobei nur häufig vorkommende Elemente verwendet werden“, erläutert Llobet. „Auf diese Weise können mit der PEC-Zelle auf effiziente Weise kohlenstoffbasierte Produkte wie Ethylen gewonnen werden, das eines der wichtigsten Produkte ist, die derzeit von der chemischen Industrie verwendet werden.“
Licht und CO2 in energiespeichernde Verbindungen umwandeln
Laut Llobet ist es projektintern gelungen, das Potenzial der Umwandlung von Licht und CO2 in chemische energiespeichernde Verbindungen zu demonstrieren. Insbesondere hebt er den Erfolg des Projektteams bei Fertigstellung der abschließenden Kopplung einer Photoanode und einer organischen photovoltaischen Zelle mit einer dunklen Kathode hervor, wobei diese Kopplung die Selektivität in Richtung Ethylenproduktion aufwies. „Durch den Einsatz neuer Tandemkatalysatoren, die Kupfernanopartikel mit molekularen Katalysatoren kombinieren, konnten wir die Ethylenselektivität erhöhen“, merkt Llobet an. Die Forschenden führen gegenwärtig abschließende Labortests durch und verleihen einem vorindustriellen Prototyp den letzten Schliff, sodass einige der Projektergebnisse hochskaliert und optimiert werden können.
Den Übergang von fossilen Brennstoffen zur Sonnenenergie vorantreiben
Im Rahmen des Projekts wurde auch eine Lebenszyklusanalyse der PEC-Zelle von LICROX erstellt. Zudem führten die Forschenden in Zusammenarbeit mit Interessengruppen eine groß angelegte Umfrage unter Bürgerinnen und Bürgern in ganz Europa durch, um gesellschaftliche Bedenken in Bezug auf neu entstehende Energietechnologien zu ermitteln und zu bewerten. „LICROX war ein hochgradig multidisziplinäres Projekt, bei dem Fachleute aus den Bereichen Chemie, Physik, Ingenieurwesen, Optik und soziales Engagement mit dem gemeinsamen Ziel zusammenkamen, neue innovative Lösungen für den weltweiten Übergang von fossilen Brennstoffen zu Sonnenenergie zu entwickeln“, so Llobet abschließend.
Schlüsselbegriffe
LICROX, Pflanzen, CO2, Photosynthese, Sonnenenergie, Brennstoff, fossile Brennstoffe, erneuerbare Ressourcen, saubere Energie, photoelektrochemische Zelle, PEC, Ethylen
