Rekordwert bei Umwandlung von Kohlendioxid in Brennstoffe

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Internationales Forschungsprojekt erzielt 5 Prozent

In einem internationalen Forschungsprojekt mit Beteiligung der Technischen Universität Ilmenau ist es Wissenschaftlern gelungen, ein mit Sonnenlicht betriebenes Bauelement zu entwickeln, das Kohlendioxid mit einem Wirkungsgrad von mehr als fünf Prozent direkt in nutzbare Brennstoffe konvertiert. Damit ist das Ziel näher gerückt, Kohlendioxid nicht nur zu beseitigen, sondern es in hochwertige Treibstoffe umzuwandeln. Das internationale Projekt ist Teil der Strategie des Bundes, Deutschland im Zeichen der Energiewende unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu machen.

Echtes Blatt – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Die gigantische Energie der Sonne für den täglichen Energiebedarf nutzbar zu machen, treibt Professor Thomas Hannappel, Leiter des Fachgebiets der TU Ilmenau „Grundlagen von Energiematerialien“, an. Er forscht daran, die Effizienz konventioneller Solarzellen mehr und mehr zu steigern – etwa mit innovativen Halbleitern, welche die Sonnenstrahlung absorbieren und in elektrische Leistung umwandeln. Die Stapel-, Mehrfach- und Tandem-Solarzellen, die Hannappel optimiert, sind nach eigenen Angaben „ungleich effizienter als herkömmliche Solarzellen“.

Tandemstrukturen bergen ein hochwirksames Potenzial. Mit einem einzigen Bauteil, das heißt ohne den Umweg über einen sonst benötigten Elektrolyseur, wird Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und, weil regenerativ erzeugt, „grünen“Wasserstoff zerlegt. Fachleute nennen so ein alleinstehendes Bauteil, das ohne Verdrahtung nach außen auskommt, „künstliches Blatt“ – angelehnt an die Natur, die ebenfalls mit einem einzigen „Bauteil“, den grünen Blättern der Pflanzen, winzige Kraftwerke betreibt. Mit Sonnenlicht und Wasser wandeln sie mit Hilfe der Photosynthese das Kohlendioxid aus der Atmosphäre in Energieträger wie Zucker um. Dieses Prinzip der Natur entlehnt Hannappel mit seinem Team für die direkte solare Brennstofferzeugung: die künstliche Photosynthese.

Fünf Prozent Wirkungsgrad

Kostengünstiger und sauberer Treibstoff ist das Ziel der Energiewende. Dazu hat das BMBF das Projekt DEPECOR („Direkte Effiziente Photoelektrochemische CO2-Reduktion“) aufgelegt. Koordiniert von der TU Ilmenau, arbeiten hochkarätige internationale Partner aus Wissenschaft und Industrie mit demselben Ziel zusammen: die TU München, das Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie Berlin, das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme und die Azur Space Solar Power GmbH.

Gemeinsam mit dem California Institute of Technology, assoziierter Partner im DEPECOR-Projekt, ist es dem Team nun gelungen, bei der Umwandlung von Kohlendioxid in nutzbare Brennstoffe in einem alleinstehenden, solar betriebenen Bauelement einen neuen Bestwert zu erzielen. Der Wirkungsgrad von mehr als fünf Prozent bei einer Stabilität von mehr als 50 Stunden zeigt, dass mit dem innovativen, komplexen Verfahren aus CO2 tatsächlich hochwertige Brennstoffe erzeugt werden können: Ethanol, Kohlenmonoxid und Methansäure. Die Ergebnisse seiner Forschungsarbeiten veröffentlichte Hannappel, Gewinner des Thüringer Forschungspreises 2022, in Advanced Energy Materials: „Wenn es mir als Wissenschaftler erlaubt ist zu träumen, werden wir mit künstlicher Photosynthese das Tor aufstoßen zu einer Welt, die mit grünen Energieträgern entscheidend zur Zuverlässigkeit unseres Energiesystems, einer großen Mobilität und einer stabilen Energiespeicherung beiträgt.“

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