Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht: Ein neues Verfahren soll teure Katalysatoren überflüssig machen
Ein Team von Wissenschaftler:innen an der Friedrich-Schiller-Universität im thüringischen Jena arbeitet an einer Methode, die das Potenzial hat, die Herstellung von grünem Wasserstoff fundamental zu verändern. Das Ziel ist die direkte Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser, angetrieben allein durch die Kraft des Sonnenlichts.
Angeführt wird die Forschung von dem 27-jährigen Chemiker Jacob Schneidewind am Center for Energy and Environmental Chemistry (CEEC Jena). Sein Ansatz umgeht die energieintensive Elektrolyse und konkurriert mit ähnlichen Projekten weltweit.
Die Natur als Vorbild: Wasserstoff per Fotokatalyse
Die Methode nennt sich Fotokatalyse. Dabei wird ein spezieller Katalysator in Pulverform dem Wasser beigemischt. Trifft Sonnenlicht auf die Mischung, absorbiert der Katalysator die Lichtenergie und nutzt sie, um Wassermoleküle direkt in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten.
Das Prinzip ist nicht gänzlich neu; laut Schneidewind seien erste Versuchsanlagen bereits in Japan errichtet worden. Die größte Herausforderung bei diesem eleganten Verfahren bleibt jedoch der Wirkungsgrad. Während moderne Silizium-Solarzellen heute auf eine Effizienz von über 20 Prozent kommen, erreicht die Fotokatalyse zur Wasserstoffproduktion laut einer Mitteilung der Universität Jena gerade einmal zwei Prozent.
Internationaler Wettlauf ist bereits im Gang
Das Team aus Jena ist in diesem Forschungsfeld nicht allein. An der Universität Tokio läuft Berichten zufolge bereits eine Pilotanlage auf 100 Quadratmetern, die mit einem Wirkungsgrad von unter einem Prozent stabil Wasserstoff erzeugt. Im spanischen Almeria wird zudem ein System getestet, das die Wasserstofferzeugung mit der Aufbereitung von Abwasser kombiniert.
Die Forscher:innen in Jena wollen hier mit neuen Materialien punkten. Statt auf teure Edelmetalle wie Ruthenium konzentrieren sie sich auf Kohlenstoffnitride oder spezielle Polymere. Als Rohstoff könnte sogar Harnstoff dienen, der in der Landwirtschaft massenhaft verfügbar ist.
Vom Labor zum sonnigen Feld
Die Vision für die Anwendung ist ein einfaches System, etwa große, mit der Katalysator-Mischung gefüllte Folienkissen, die in sonnenreichen Regionen wie Nordafrika oder Südspanien Wasserstoff produzieren. Innerhalb der nächsten Jahre soll der Wirkungsgrad auf sechs Prozent gesteigert und ein erster funktionsfähiger Prototyp entwickelt werden.
Dennoch gibt Schneidewind zu bedenken: „Die Pflanzen haben bei der Fotosynthese einen Vorsprung von etwa drei Milliarden Jahren.“ Die Feinheiten dieses Prozesses weiter zu entschlüsseln, bleibt also die zentrale Aufgabe.
Die staatliche Förderung in Höhe von 2,8 Millionen Euro aus der „SINATRA“-Richtlinie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ist dabei mehr als nur Finanzierung. Sie ist ein Signal, dass sich Deutschland in diesem globalen Technologiewettlauf positionieren will.
