Die Vision von sauberem Wasserstoff rückt näher, dank eines innovativen Verfahrens, das teure Katalysatoren überflüssig machen könnte. Ein deutsches Forschungsprojekt an der Friedrich-Schiller-Universität Jena arbeitet an einer Methode, die die Herstellung von grünem Wasserstoff fundamental verändern könnte. Das Ziel ist die direkte Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser, angetrieben allein durch die Kraft des Sonnenlichts.
Die Natur als Vorbild: Wasserstoff per Fotokatalyse
Das Prinzip 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. Diese Methode, die von der Natur inspiriert ist, könnte die Energieindustrie revolutionieren.
Dr. Jacob Schneidewind, ein 27-jähriger Chemiker am Center for Energy and Environmental Chemistry (CEEC Jena), leitet dieses bahnbrechende Projekt. Sein Ansatz umgeht die energieintensive Elektrolyse und konkurriert mit ähnlichen Projekten weltweit. „Die Pflanzen haben bei der Fotosynthese einen Vorsprung von etwa drei Milliarden Jahren“, erklärt Schneidewind. Die Feinheiten dieses Prozesses weiter zu entschlüsseln, bleibt die zentrale Aufgabe.
Herausforderungen und Ziele
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 gerade einmal zwei Prozent. Dennoch gibt es Hoffnung: In Japan läuft bereits eine Pilotanlage auf 100 Quadratmetern, die mit einem Wirkungsgrad von unter einem Prozent stabil Wasserstoff erzeugt.
Das Team aus Jena will hier mit neuen Materialien punkten. Statt auf teure Edelmetalle wie Ruthenium zu setzen, konzentrieren sie sich auf Kohlenstoffnitride oder spezielle Polymere. Als Rohstoff könnte sogar Harnstoff dienen, der in der Landwirtschaft massenhaft verfügbar ist. „Wir suchen nach Katalysatoren, mit denen sich die Effizienz erhöhen lässt“, sagt Schneidewind.
Vision für die Anwendung
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.
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.
Zukunftsaussichten
Am Ende der sechsjährigen Projektdauer soll ein funktionsfähiger Prototyp stehen. Vorstellbar sind Folienkissen, vergleichbar der Luftpolsterfolie, die von der Katalysator-Wasser-Mischung durchströmt werden. Aufgestellt in sonnenreicher Umgebung, würden sich darin Wasserstoff und Sauerstoff sammeln. Die beiden Gase müssten im nächsten Schritt noch separiert werden, durch spezielle Filter oder Aktivkohle.
Die neuartigen Sonnenkraftwerke würden am effektivsten in Ländern arbeiten, die deutlich sonnenreicher als Deutschland sind. Denkbar seien Regionen in Nordafrika oder dem Nahen Osten. Doch das ist derzeit noch Zukunftsmusik.
Mit diesem innovativen Ansatz könnte die Erzeugung von grünem Wasserstoff effizienter und nachhaltiger werden, ein entscheidender Schritt in Richtung einer sauberen Energiezukunft.