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Solarer Wasserstoff : Es geht immer noch ein wenig grüner

Energievisionen: Die Tankstelle mit Solar-Wasserstoff Bild: dpa

Sehen so Hoffnungen für die Energiewende aus? Der saubere Brennstoff und Energiespeicher Wasserstoff lässt sich jetzt elegant und kostengünstig direkt mit Sonnenlicht gewinnen.

          6 Min.

          Akira Fujishima und Kenichi Honda werden den Tag wohl nicht vergessen, als sie vor mehr als vierzig Jahren ein Stück Titandioxid in ein Wasserbad tauchten und mit ultraviolettem Licht bestrahlten. Denn an dem Halbleiter stiegen plötzlich Gasbläschen auf, die sich schnell als Wasserstoff und Sauerstoff herausstellten. Den beiden japanischen Forschern gelang es mit einem anorganischen Material jenen Prozess zu imitieren, den die Pflanzen mit der Photosynthese in großem Maßstab praktizieren: Die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie. Seit diesem bahnbrechenden Experiment versuchen Wissenschaftler und Techniker, die photokatalytische Wasserspaltung technisch nutzbar zu machen und den Prozess auch für sichtbares Licht möglichst optimal zum Laufen zu bringen. Denn funktioniert es, hätte man ein Verfahren in der Hand, mit dem man Sonnenlicht in einen chemischen Brennstoff, nämlich Wasserstoff, umwandeln und damit auch speichern könnte. Doch die bisherigen Systeme sind entweder zu wenig effizient oder zu teuer, so dass sich die künstliche Photosynthese zur Wasserstoffherstellung wirtschaftlich noch nicht rechnet. Das könnte sich bald ändern. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin und der Technischen Universität Delft haben nun ein vergleichsweise einfaches, robustes und günstiges Gerät entwickelt, das die direkte Spaltung von Wasser mit Sonnenlicht ermöglicht.

          Der ideale Brennstoff

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Für eine umwelt- und ressourcenschonende Energieversorgung gilt Wasserstoff als einer der aussichtsreichsten Energieträger. Denn mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen, die Häuser mit Wärme und Strom versorgen oder Elektroautos antreiben, produzieren keinerlei Abgase, außer Wasser.

          Brennstoffzellen gibt es auch schon für Kleingeräte.
          Brennstoffzellen gibt es auch schon für Kleingeräte. : Bild: Hersteller Runton

          Bislang gewinnt man den Energieträger jedoch vor allem aus fossilem Erdgas oder aus Wasser, das mit dem Prozess der Elektrolyse in seine Bestandteile gespalten werden kann. Die kommerziellen Geräte sind aber nicht dafür geschaffen, mit fluktuierender Windkraft oder Sonnenenergie betrieben zu werden. Sie müssen immer laufen, sonst korrodieren die elektrochemischen Zellen. Deshalb nutzt man zur Elektrolyse meist Strom aus fossilen Energiequellen.

          Wasserstofferzeugung in einem Schritt

          Um Wasserstoff umweltschonend allein über die Solarenergie zu erzeugen, geht man üblicherweise zwei getrennte Schritte. Mit einer Solarzelle wird zunächst aus Sonnenlicht die elektrische Energie erzeugt, mit der man anschließend eine elektrochemische Zelle betreibt. In dieser Zelle wird durch Elektrolyse das Wasser in seine beiden Bestandteile - Sauerstoff und Wasserstoff - gespalten. Bei der Umwandlung von solarer in elektrischer Energie treten für gewöhnlich erhebliche Verluste auf, so dass man auf diesem Weg bislang einen Wirkungsgrad von etwa zehn Prozent erzielt. Da man zwei verschiedene Geräte benutzt, wird das Verfahren zudem recht teuer. Vorteilhafter wäre es deshalb, den Wasserstoff mit Sonnenlicht in einem einzigen Schritt mit einem einzige Apparat zu erzeugen - durch die Photokatalyse.

          Pioniere der Photokatalyse

          Mit unterschiedlichen Ansätzen und verschiedenen Materialien versucht man, die photokatalytische Wasserspaltung zu optimieren. Unabhängig, welchen Weg man einschlägt, stets gilt: Um ein Wasserstoffatom von einem Sauerstoffatom trennen zu können, ist eine elektrische Spannung von mindestens 1,23 Volt erforderlich. In der Praxis braucht man etwas mehr. Diese Extraspannung ist notwendig, weil die Wasserspaltung ein komplexer Mehrelektronen-Prozess ist.

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