Kompakter Energieerzeuger Grüner Wasserstoff aus kleinem Kraftwerk

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Mit Solarkraft erzeugter Wasserstoff kann fossile Energieträger ersetzen. Im Projekt Neo-PEC haben Forscher nun ein Tandem-Modul entwickelt, das autark und sicher solch grünen Wasserstoff produziert.

Damit industrielle Prozesse in Zukunft klimafreundlicher ablaufen, ist Wasserstoff als Energielieferant ein Schlüsselfaktor. Ein Energieträger, der ohne CO₂-Freisetzung verbrennt, sollte aber nach Möglichkeit auch ohne CO₂-Fußabdruck entstanden sein, wie die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) aus Dresden anmerken. Ein klassisches Verfahren, um das zu erreichen ist demnach die Elektrolyse. Dabei wird bekanntlich Wasser durch Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Stammt der zur Elektrolyse benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen wie der Photovoltaik, entsteht so der gewünschte grüne Wasserstoff. Der Nachteil bisher ist aber, dass die für diesen Prozess benötigten Elektrolyseure meist relativ große und hoch komplexe Anlagen darstellen, wie die Forscher sagen. Auch würden die kosten- und wartungsintensiven Vorrichtungen insbesondere unter den aktuellen welt- und klimapolitischen Vorzeichen zur Mangelware. Doch am Horizont schimmert eine kompakte Alternative auf ...

Stromerzeugung und Elektrolyse in einem einzigen System

Eine spannende Alternative bietet nach Aussage der Dresdener die direkte solare Wasserspaltung – englisch photoelectrochemical cell (PEC). Im Rahmen des oben bereits erwähnten Verbundprojekts Neo-PEC haben Experten aus drei Fraunhofer-Instituten nun ein modulares System entwickelt, das eine hoch flexible Wasserstofferzeugung und -versorgung durch Sonnenenergie möglich macht. Der Kern der Fraunhofer-Entwicklung ist ein ein sogenanntes Tandem-PEC-Modul. Es ähnelt seinem klassischen Photovoltaik-Pendant, doch gibt es einen entscheidenden Unterschied: der Strom wird nämlich nicht erzeugt, um später an anderer Stelle die Elektrolyse aufrecht zu erhalten. Denn der gesamte Vorgang läuft in ein und derselben Einheit ab. Dabei ist jedoch Vorsicht geboten! Denn weil im Prozess Wasserstoff und Sauerstoff entstehen, muss der Aufbau so sein, dass die beiden Elemente strikt voneinander getrennt erzeugt werden und das auch bleiben, wie die Beteiligten erklären. Für die Tandem-Zelle beschichtet man handelsübliches Float- oder Flachglas auf beiden Seiten mit Halbleitermaterialien. Strahlt die Sonne darauf, absorbiert eine Modulseite das kurzwellige Licht des solaren Spektrums. Gleichzeitig dringt das langwellige Licht durch die obere Glasschicht und wird auf der Umkehrseite absorbiert. Dabei setzt das Modul auf der Umkehr- oder Kathodenseite Wasserstoff und auf der oberen, der Anodenseite, Sauerstoff frei.

Reaktor mit Turboeffekt erzeugt ordentlich Wasserstoff pro Jahr

Die Fraunhofer-Forscher untersuchten und entwickelten über die dreijährige Laufzeit des Projektes dabei hochreine Halbleitermaterialien, die sie mit besonders schonenden Beschichtungsverfahren auf das Glas applizieren können. Dadurch steige die Wasserstoffausbeute im Prozess. Über die Gasphase bauen die Experten Schichten auf dem Glas auf, die nur Nanometer dünn sind, wie es weiter heißt. Die dabei entstehenden Strukturen haben einen großen Einfluss auf die Reaktoraktivität. Die im Modul verknüpften Photovoltaikelemente versorgen das System mit zusätzlicher Spannung. Diese wirke wie ein Turbo, der die Aktivität beschleunige und den Wirkungsgrad so erhöhe. Daraus resultiert ein Reaktor, dessen aktive Fläche einen halben Quadratmeter misst. Getrennt vom Sauerstoff erzeugt er den Wasserstoff, der unmittelbar aufgefangen und quantifiziert werden kann, wie man betont. Aktuell erbringe ein einzelnes Modul bei europäischer Sonneneinstrahlung eine Leistung von über 30 Kilo Wasserstoff pro Jahr auf 100 Quadratmeter Fläche. Mit dieser Ausbeute könnte beispielsweise ein Wasserstoffauto 15.000 bis 20.000 Kilometer zurücklegen.

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