Solare Brennstoffe und Katalyse

Diana Stellmach mit Superstratzelle

Wir entwickeln Materialsysteme, die wie ein künstliches Blatt funktionieren. Foto A. Kubatzki

Sonnenenergie steht nicht rund um die Uhr zur Verfügung. Sie lässt sich aber speichern – durch einen Prozess, der auch in Pflanzen stattfindet: Licht kann Wasser spalten, wobei neben Sauerstoff auch Wasserstoff entsteht, den man als Energiespeicher nutzen kann. Das Gas kann man lagern oder transportieren. Bei Bedarf lässt es sich ins Erdgasnetz einspeisen oder zu Methan weiterverarbeiten. Mit Wasserstoff können Fahrzeuge betankt werden. Und nicht zuletzt können Brennstoffzellen mit Wasserstoff sauberen Strom erzeugen. Um solaren Wasserstoff zu erzeugen, kombinieren wir Halbleiterschichten mit Photoelektroden und Katalysatoren zu einem künstlichen Blatt. Noch sind die Materialsysteme nicht stabil und leistungsfähig genug, um in der Praxis eingesetzt zu werden. Mehrere Forschungsgruppen am HZB arbeiten daran, das zu ändern. Sie entwickeln unter anderem Elektroden und Katalysatoren aus preiswerten Metalloxidverbindungen.


Die Katalyse ist die wichtigste Stellschraube, um die CO2-Umwandlung zu verbessern. Foto: M. Setzpfandt

Umwandlung von Kohlendioxid in chemische Grundstoffe

Die Emission von klimaschädlichem Kohlendioxid (CO2 ) zu reduzieren, ist eine große gesellschaftliche Herausforderung. Eine Idee ist es, erneuerbare Energien zu nutzen, um (in Kraftwerken entstehendes) Kohlendioxid mit Wasser elektrochemisch umzuwandeln. Dabei entstehen Kohlenwasserstoffe wie Methan, Methanol oder Ethylen, die wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie sind. Hierfür ist jedoch noch viel Grundlagenforschung nötig, um die Energieeffizienz, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute bei der CO2 - Katalyse zu verbessern. Das HZB wird diesen Forschungsschwerpunkt in den nächsten Jahren ausbauen.