Wasser statt Erdöl – Energieversorgung der Zukunft?
Ein erster Demoreaktor zeigt, wie mit Sonnenlicht erfolgreich Wasserstoff hergestellt werden kann
Die Suche nach einer sauberen und nachhaltigen Energiequelle für die zukünftige Energieversorgung beschäftigt Wissenschaftler weltweit. Dabei spielt das kleinste aller chemischen Moleküle, das Wasserstoffmolekül, die größte Rolle. TU-Forscher um Prof. Dr. Reinhard Schomäcker konnten einen Fotoreaktor mit Kohlenstoffnidtriden bauen, der mit einer ein Quadratmeter großen Sonnenbestrahlungsfläche seinesgleichen in diesem Bereich sucht, und stellten damit eine erstaunlich große Menge Wasserstoff her.
Im Gegensatz zu den konventionellen Energieträgern Erdöl, Erdgas und Kohle, deren Verfügbarkeit zeitlich limitiert ist, produziert die Umsetzung von Wasserstoff zur Energieerzeugung keine schädlichen Klimagase. Die Brennstoffzellen-Technologie dafür ist bereits vorhanden und wird kontinuierlich verbessert. Doch woher soll der benötigte Wasserstoff kommen? Die Herstellung per Wasserelektrolyse unter Verwendung von Solarstrom ist bereits gut untersucht. Doch viele Forscher wünschen sich vor allem den direkten Weg: die fotokatalytische Spaltung von Wasser. Dazu erfolgten entsprechende Untersuchungen unter Beteiligung der TU Berlin in dem Verbundprojekt „Light2Hydrogen“ (L2H), das vom BMBF fünf Jahre lang mit insgesamt zehn Millionen Euro gefördert und zum 31. Oktober 2014 erfolgreich beendet wurde.
Innerhalb des interdisziplinären L2H-Verbundes, an dem 16 Forschergruppen von sieben Partner-Einrichtungen in Berlin-Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern beteiligt waren, lag der Fokus der Forschungsarbeiten an der TU Berlin auf der Verwendung von modifizierten Kohlenstoffnitriden als Fotokatalysatoren, wie sie in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Arne Thomas hergestellt werden. Die fotokatalytischen Eigenschaften dieser Materialien für die Herstellung von Wasserstoff wurden bereits vielfältig unter Beweis gestellt, jedoch erfolgten die meisten Versuche nur unter Laborbedingungen mit künstlichen Lichtquellen. Um in Zukunft neue Materialien unter realen Bedingungen testen zu können und zudem die technische Realisierung der fotokatalytischen Wasserstoffherstellung zu demonstrieren, wurde innerhalb des Projekts in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Reinhard Schomäcker ein Fotoreaktor gebaut, der mit einer Bestrahlungsfläche von circa einem Quadratmeter seinesgleichen sucht. Erste Versuche im Sonnenlicht erfolgten mit den Kohlenstoffnitriden. Die optimalen Versuchsbedingungen wurden zuvor im Labor bestimmt. Dabei konnte über einen Zeitraum von einem Monat eine Wasserstoffmenge von circa 15 bis 20 Litern erzeugt werden.
„Wir konnten mit unserem Demoreaktor zeigen, dass die Wasserstoffherstellung mit Sonnenlicht funktioniert und bei entsprechend großer Bestrahlungsfläche auch weniger aktive Katalysatoren bereits eine größere Menge Wasserstoff produzieren können“, sagt Schomäcker. Und: „Mich freut am meisten, dass es uns gelungen ist, das Ergebnis genau vorherzusagen. Unsere Laboruntersuchungen hatten gezeigt, dass wir am Tag je nach Sonnenkraft pro Stunde bis zu 300 Milliliter Wasserstoff gewinnen würden. Genau das hat unser Fotoreaktor gemacht.“ Es wird erwartet, dass sich die Menge zukünftig durch die stetige Verbesserung der Katalysatoren steigern lässt.
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