Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für die Energiewende. Bisher eignet er sich aber allenfalls bedingt für den Antrieb von Lkw, Schiffen oder Flugzeugen. Eine neue Solarzelle aus Schweden könnte die Wasserstoffproduktion jedoch deutlich ankurbeln.
Bis 2050 will die Europäische Union klimaneutral sein. Bereits 2035 sollen keine neuen Benzin- und Dieselfahrzeuge mehr zugelassen werden. Die Alternative: Elektromotoren. Allerdings eignen sich diese bisher nicht für alle Arten von Verkehrsmitteln
Vor allem wenn es um schwere Lastkraftwagen, Schiffe und Flugzeuge geht, sind Batterien zur Energiespeicherung eher keine Option. „Für diese Verkehrsmittel müssen wir saubere und erneuerbare Energiequellen finden“, so Jianwu Sun, außerordentlicher Professor an der Universität Linköping (LiU). Er und sein Team konzentrieren sich in ihrer Forschung deshalb auf Wasserstoff als Energieträger.
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Neue Solarzelle soll Wasserstoffproduktion verachtfachen
Bisher scheitert der großflächige Einsatz von Wasserstoff daran, dass er sich in seiner „grünen“ Form nicht effizient und kostengünstig herstellen lässt. Die LiU-Forscher wollen dieses Problem mit einer neuen Solarzelle lösen. Sie arbeiten an der Entwicklung von Materialien, mit denen sich aus Wasser mithilfe der Energie des Sonnenlichts Wasserstoff herstellen lässt – offenbar mit Erfolg.
Denn mit der Solarzelle gelang es ihnen kürzlich, die Effizienz der Wasserstoffproduktion um das Achtfache zu steigern. Das neue Material des Moduls besteht aus drei Schichten: kubischem Siliziumkarbid, Kobaltoxid und einem Katalysatormaterial, das bei der Wasserspaltung helfen soll.
Wenn Sonnenlicht darauf trifft, werden elektrische Ladungen erzeugt, die dann zur Spaltung von Wasser genutzt werden. Eine Herausforderung bei der Entwicklung von Materialien für diese Anwendung besteht darin, zu verhindern, dass die positiven und negativen Ladungen wieder miteinander verschmelzen und sich gegenseitig neutralisieren.
In ihrer Studie zeigen die Forscher, dass ihr neu entwickeltes Material durch die Kombination der Schichten die Fähigkeit zur Trennung der Ladungen erhöht und damit die Wasserspaltung effektiver macht.
Die Zukunft der Wasserstoffproduktion?
Das Besondere an der Entwicklung ist nicht nur die hohe Effizienz, sondern auch die Möglichkeit, die Solarzellen kostengünstig und großflächig herzustellen. Damit könnte die direkte solare Wasserspaltung erstmals zu einer realistischen Option für die industrielle Anwendung werden.
Die meisten Materialien, die derzeit entwickelt werden, haben einen Wirkungsgrad von einem bis drei Prozent. Für die Kommerzialisierung der grünen Wasserstofftechnologie aus Schweden streben die Forscher einen Wirkungsgrad von zehn Prozent an.
Wenn die Reaktion vollständig mit Sonnenenergie angetrieben werden kann, würden die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff im Vergleich zur Herstellung mit zusätzlicher erneuerbarer Elektrizität, wie sie bei der heute verwendeten Technologie erfolgt, sinken.
Jianwu Sun vermutet, dass es etwa fünf bis zehn Jahre dauern könnte, bis das Forschungsteam Materialien entwickelt hat, die die begehrte Zehn-Prozent-Grenze erreichen. Wasserstoff wird aktuell überwiegend mit hohem Energieaufwand aus Erdgas gewonnen. Gleichzeitig entstehen aber auch große Mengen CO2. Damit gilt dieser „graue“ Wasserstoff als klimaunfreundlich.
„Grüner“ Wasserstoff wiederum entsteht mittels Elektrolyse unter Einsatz von Strom aus erneuerbaren Quellen. Wasser wird in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten, wobei keine direkten CO2-Emissionen entstehen. Dabei spielen jedoch die Effizienz der Umwandlung und die Kosten für erneuerbaren Strom gegen den wirtschaftlichen Durchbruch.
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