Forschende der Universitäten Ulm und Jena haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich grüner Wasserstoff "on demand" zu jeder Tages- und Jahreszeit herstellen lässt. 

 

Grüner, aus erneuerbaren Energiequellen erzeugter Wasserstoff ist aus der Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung nicht wegzudenken. Wie er sich abends und auch im Winter, wenn keine bis kaum Sonne scheint, zuverlässig herstellen lässt, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Ulm und Jena im Verbundprojekt "CataLight".

Die Forschungspartner tüfteln an neuen Materialien für die Energiewandlung. Die Photosynthese aus der Natur dient ihnen hierbei als Vorbild. Mit einem molekularen photochemischen System ist es ihnen nun erstmals gelungen, die sonnenlichtgetriebene Wasserstoffherstellung vom Tagesverlauf zu entkoppeln. Das neue System macht sogar die Lichtenergie-Speicherung möglich, sodass die Wasserstoffproduktion nachfrageorientiert und auch bei Dunkelheit starten kann. Ihr System haben die Forschenden im Fachjournal Nature Chemistry publik gemacht. 

Bisherige Modelle zur Herstellung von Wasserstoff aus Sonnenenergie seien wenig effizient gewesen, wie die Forschenden schreiben. Sie hätten zumeist auf der Kopplung mehrerer Komponenten beruht − auf Photovoltaik-Zellen, Batterien und Elektrolyseuren. Bei jedem Schritt der Energiewandlung − von der Sonnenlichtaufnahme über die Speicherung bis hin zur Wasserstoffherstellung − hätten sich die Energieverluste aufsummiert. Dies ist im jetzt vorgestellten System nicht mehr der Fall.

Räumliche und zeitliche Trennung der Teilschritte

Die Ulmer Alternative basiert, wie es heißt, auf einem einzigen Molekül, das Sonnenlicht aufnehmen, Energie speichern und Wasserstoff herstellen kann. In dieser kompakten Einheit werden die räumliche und zeitliche Trennung dieser Schritte möglich. Carsten Streb, Professor am Institut für Anorganische Chemie I der Universität Ulm, erklärt: "Die Lichteinstrahlung führt in unserem Molekül zur Ladungs-Trennung und Elektronen-Speicherung – im Ergebnis entsteht ein flüssiger, leicht speicherbarer Treibstoff." Um daraus Wasserstoff herzustellen, werde noch eine Protonen-Quelle hinzugegeben.
 

Die Forschenden haben die Leistungsfähigkeit ihres Systems mit verschiedensten Analysemethoden überprüft. Die molekulare Einheit zeige, so das Ergebnis der Analysen, eine "exzellente chemische und photochemische Stabilität."

In Zukunft wollen die Chemiker das Modell hochskalieren. Es soll als Blaupause für dezentrale Energiespeicher dienen. Als Anwendungsmöglichkeiten sehen die Wissenschaftler die klimafreundliche Strom- und Wärmeerzeugung sowie mobile, solarbetriebenen Wasserstofftankstellen für LKW und Busse.