Grüner Wasserstoff ist bisher teuer und an Stromnetze gebunden. Ein Karlsruher Forscherteam will das ändern. Die KIT-Ausgründung photreon hat ein Solarpanel entwickelt, das Wasser allein mit Sonnenlicht spaltet und dabei komplett auf Elektrolyseure verzichtet. Ein erster Prototyp läuft bereits.
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel für die klimafreundliche Transformation von Industrie und Energiesystemen. Bisher ist die Herstellung jedoch oft teuer, komplex und an feste Netzinfrastrukturen gebunden. Das Ausgründungsprojekt photreon vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) möchte diese Abhängigkeiten auflösen.
Die Forscher haben spezielle Photoreaktorpanels entwickelt, die Wasserstoff allein aus Sonnenlicht und Wasser produzieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden benötigt das System laut KIT keine Elektrolyseure und verbraucht keine externe elektrische Energie.
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Photoreaktorpanel wandelt Sonnenlicht direkt in Wasserstoff um
Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT dazu: „Wir überspringen den Umweg über stromgebundene Elektrolyse und produzieren chemische Energie aus Sonne und Wasser“.
Hinter der Technik steckt das Prinzip der Photokatalyse, bei der Licht direkt eine chemische Reaktion auslöst, statt zunächst Strom zu erzeugen. Speziell entwickelte, lichtaktive Materialien nehmen die Energie der Sonnenstrahlung auf. Dabei versetzt das Licht Elektronen unmittelbar in einen hochenergetischen, angeregten Zustand.
Diese Ladungsträger treiben aktiv die Spaltung von Wasser (H2O) in Wasserstoff und Sauerstoff an. Laut Mitgründerin Maren Cordts ersetzt das Panel die Photovoltaik und den Elektrolyseur in einem einzigen Prozessschritt. Dieser integrierte Ansatz soll die Systemkomplexität und die Kosten für grünen Wasserstoff deutlich senken.
Patentierte Reaktorgeometrie für grünen Wasserstoff
Das Projekt nutzt ein vom KIT zum Patent angemeldetes Design der Reaktorgeometrie. Die Geometrie sorgt dafür, dass das Licht den Photokatalysator effizient erreicht und die chemische Reaktion antreibt. Erst durch diese Führung kann die chemische Wasserspaltung effizient vollzogen werden.
Für eine hohe Effizienz müssen Lichttransport, Reaktion und der Abtransport der Produkte perfekt ineinandergreifen. Die Forscher legten die Geometrie des Reaktors exakt auf diese Anforderungen aus. Ein Prototyp bewies die erfolgreiche Wasserstoffproduktion bereits im Ein-Quadratmeter-Maßstab.
Die Panels bestehen aus kostengünstigen Materialien, um eine spätere Massenproduktion zu ermöglichen. Dank des modularen Ansatzes lassen sie sich zu größeren Flächen verschalten. So könnten künftig sowohl kleine Dachanlagen als auch riesige Wasserstoffsolarparks entstehen.
Für welche Branchen sich eine dezentrale Produktion lohnt
Viele Unternehmen scheiterten bisher oft an den hohen Kosten oder der komplizierten Logistik bei der Wasserstoffversorgung. Firmen aus der Spezialchemie, der Lebensmittelindustrie oder der Metallverarbeitung könnten ihren Bedarf mit der neuen Technik künftig direkt am eigenen Fabrikstandort decken.
Maren Cordts vom IMVT dazu: „Gerade dort, wo weder Stromnetze noch eine Anbindung an ein Wasserstoffnetz vorhanden sind, eröffnet unsere Technologie neue Spielräume für die lokale Erzeugung.“ Laut den Entwicklern von photreon wäre zudem eine industrielle Erzeugung in sonnenreichen Regionen für den internationalen Markt denkbar.
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