Erzeugung von Wasserstoff aus Licht: Forscher öffnen Türen für die Solarbranche

"Die vorliegenden Ergebnisse eröffnen wissenschaftliche Möglichkeiten für das Design molekularer Systeme, [welche die] Erzeugung sauberer Kraftstoffe […] ermöglichen", heißt es im Fazit einer Studie, die die Professorin Claudia Turro vom Center for Chemical and Biophysical Dynamics der Ohio State University mit ihrem Forschungsteam veröffentlicht hat. Spezifischer geht es dabei um die Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenlicht. Seit Jahren arbeiten auch andere Forschungsgruppen an diesem Thema, aber Turro und ihr Team konnten im Labor der Ohio State University mit einem neuen Katalysator einen bahnbrechenden Schritt machen.

Neues Molekül kann etwa 50 Prozent mehr Sonnenenergie nutzen als bisherige Solarzellen

Die Wissenschaftler haben ihrer Studie und einer Anfang 2020 veröffentlichten Pressemitteilung der Ohio State University zufolge ein besonderes Molekül auf Basis des Elements Rhodium entdeckt, welches Photonen (kleine "Lichtteilchen") als Energie speichern und zu Wasserstoff umwandeln kann. "Die Idee ist, dass wir Photonen der Sonne nutzen und in Wasserstoff umwandeln können. Einfach gesagt: Wir speichern die Energie aus dem Sonnenlicht in chemischen Verbindungen, um sie später zu verwenden", so Turro laut Ohio State University. Die US-amerikanische Universität erklärt in der Pressemitteilung, dass dieses neu entdeckte Molekül Energie aus dem gesamten sichtbaren Spektrum sammeln und über 50 Prozent mehr Sonnenenergie nutzen könne als bisherige Solarzellen.

Bisher habe man lediglich Licht mit mehr Energie verwenden können, etwa Ultraviolettstrahlungen - nun sei es auch möglich, aus den schwächeren Infrarotstrahlungen Energie zu gewinnen, wodurch der Prozess fast 25-mal effizienter geworden sei.

Künstliche Photosynthese muss nun nicht mehr natürliche Vorgänge nachahmen

Im Labor habe die Forschungsgruppe das neu entdeckte Molekül in eine Säurelösung gelegt und diese dann mit LED-Lampen bestrahlt, wobei sie der Studie zufolge die Entstehung von Wasserstoff beobachten konnten. Besonders sei dabei, dass der genutzte Katalysator nicht wie bei den meisten bisherigen Versuchen aus zwei, sondern lediglich aus einem Molekül besteht. Bei vorhergehenden Studien hätten die Katalysatoren zudem kürzere Lebensdauern aufgewiesen. Turro wird in der Pressemitteilung wie folgt zitiert: "Ich denke, dass es funktioniert, weil das Molekül nur schwer oxidiert."

Im Fazit der Studie wird erklärt, dass die künstliche Photosynthese nun nicht mehr die in der Natur vorkommenden Vorgänge nachahmen muss: "Die vorliegende Arbeit zeigt, dass künstliche Photosynthese auf eine Weise realisiert werden kann, die nicht das in der Natur vorkommende Photosensibilisator-Katalysator-Zentrum nachahmt, sondern einzelne Moleküle erzeugt, die Multiredox-Reaktionen zur Bildung katalytisch aktiver Spezies eingehen können."

Eine industrielle Anwendung des Moleküls ist (noch) nicht möglich

Wie die Informationsplattform Heise beschreibt, ist Wasserstoff als Energiespeicher fester Bestandteil vieler aktueller Zukunftsvisionen und wird momentan unter Abgabe von CO2 aus fossilem Methan gewonnen. Die Entdeckung der Forschungsgruppe des Center for Chemical and Biophysical Dynamics der Ohio State University "könnte der Menschheit helfen, sich von fossilen Brennstoffen zu lösen und Energiequellen zu nutzen die nicht zum Klimawandel beitragen", heißt es in der Pressemitteilung der Universität. Problematisch sei dabei bislang jedoch die Verwendung des Elements Rhodium, welches sehr selten ist und den Preis der Produktion von Rhodiumkatalysatoren entsprechend in die Höhe treibt.

Deswegen arbeite das Forschungsteam auch nach Veröffentlichung der Studie an einer Verbesserung des Moleküls und daran, es auf Basis eines anderen Elements herstellen zu können. Turro wird wie folgt zitiert: "[…] Wir müssen einfach erneuerbare Energien haben. Stellen Sie sich nur einmal vor, dass wir Sonnenlicht zur Energieerzeugung nutzen können statt Kohle oder Gas oder Öl - was wir alles gegen den Klimawandel tun könnten!"

Redaktion finanzen.net