Bessere Wasserstoffherstellung mit Sonnenlicht
Optimiertes Verfahren der University of Michigan- Großer Schritt auf Weg zur Klimaneutralität
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Solarkonzentrator und Behälter für die Wasserspaltung (Foto: Brenda Ahearn, umich.edu) |
Ann Arbour (pte005/06.01.2023/13:30)
Forscher der University of Michigan haben den Wirkungsgrad der künstlichen Fotosynthese zur Herstellung von Wasserstoff deutlich auf neun Prozent verbessert. Bisher wird gerade einmal ein Prozent erreicht. Das eröffnet die Möglichkeit, grünen Wasserstoff billiger als bisher zu erzeugen.
Natur eingeschränkt Vorbild
Die Natur ist perfekt darin, Sonnenlicht als Energie zu nutzen, um CO2 und Wasser umzuwandeln, sodass sie Pflanzen Nutzen bringen. Sie produzieren daraus Biomasse und Glukose. Diesen Prozess versuchen Forscher in aller Welt nachzuahmen, wenn auch nicht in allen Details. An der Stelle, an der Wasserstoff entsteht, ein Bestandteil der Glukose, soll der Prozess abgebrochen werden. Das energiereiche Gas ist das Ziel der Begierde, weil es sich, anders als fossile Rohstoffe, emissionsfrei zur Produktion von Strom und Wärme nutzen lässt und von der chemischen Industrie benötigt wird.
Schlüsselelement ist ein Halbleiter, der verhältnismäßig hohe Temperaturen schadfrei übersteht. Darauf fällt auf das 160-Fache konzentriertes Sonnenlicht. Der in der Folge entstehende Solarstrom spaltet Wasser, das den Halbleiter bedeckt, in Wasser- und Sauerstoff auf, so wie es auch in einem Elektrolyseur geschieht. Die Erwärmung des Halbleiters vergrößert die Ausbeute an Wasserstoff zusätzlich, weil sie die sogenannte Rekombination verhindert, die Neubildung von Wasser aus den Spaltprodukten.
Indiumgalliumnitrid-Nanostrukturen
Entscheidend ist auch der Katalysator, der die Wasserspaltung beschleunigt, ohne selbst verbraucht zu werden. Er besteht aus Indiumgalliumnitrid-Nanostrukturen, die auf einer Siliziumfläche gezüchtet werden. Dieser Halbleiterwafer fängt das Licht ein und wandelt es in einen elektrischen Strom um, der das Wasser aufspaltet. "Wir glauben, dass künstliche Fotosynthese viel effizienter sein wird als die natürliche. Das kann den Weg zur Klimaneutralität ebnen", sagt Entwicklungsleiter Zetian Mi. Details wurden in "Nature" publiziert.
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