Erfolgsquote 100 Prozent: Drittmittel für Projekte zu Solaren Brennstoffen
Am HZB-Institut für Solare Brennstoffe werden auch nanostrukturierte Metalloxide auf ihre Eignung als effiziente und preiswerte Katalysatoren für die künstliche Photosynthese untersucht. © HZB
Die flüchtige Energie der Sonne umzuwandeln und zu speichern, zählt zu den großen Herausforderungen der Energiewende. Über eine „künstliche Photosynthese“ kann Solarenergie zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden. Forscherteams am HZB-Institut für Solare Brennstoffe arbeiten an neuen anorganischen Materialsystemen, um kompakte, robuste und preiswerte Lösungen für diese künstliche Photosynthese zu entwickeln. Gemeinsam mit Partnern aus Universitäten haben sie vier Forschungsvorhaben bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG im Schwerpunktprogramm „Regenerativ produzierte Brennstoffe durch lichtinduzierte Wasserspaltung“ (SPP 1613) eingereicht. Alle vier Projekte werden nun durch die DFG gefördert.
„Insgesamt konnte nur die Hälfte der eingereichten Forschungsvorhaben bewilligt werden, in diesem harten Wettbewerb ist eine Erfolgsquote von 100 Prozent wirklich bemerkenswert”, sagt Professor Roel van de Krol, der das HZB-Institut für Solare Brennstoffe leitet. „Das bedeutet für uns, dass wir die Aktivitäten unseres Instituts weiter verstärken und ausbauen können.“ Für die ersten drei Projekte hat die DFG die Weiterführung für die nächsten drei Jahre bewilligt, das vierte Projekt ist ein neues Forschungsvorhaben.
Am HZB-Institut für Solare Brennstoffe arbeiten die Forschungsgruppen daran, monolithische Materialsysteme zu entwickeln, bei denen halbleitende Absorber und Katalysatoren in einer Struktur integriert sind. Dabei untersuchen und optimieren sie die photonischen Anregungen, die Sonnenlicht in den Halbleiterstrukturen auslöst, genauso wie die Prozesse an den Katalysatorschichten, an denen sich Wasserstoffgas bildet.
Die Vision ist es, die Energie des Sonnenlichts in Form von chemischer Energie zu speichern, durch die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Wasserstoff besitzt eine hohe gravimetrische Energiedichte, lässt sich gut speichern und kann bei Bedarf direkt in Brennstoffzellen Strom erzeugen oder auch als Ausgangsmaterial für die Herstellung künstlicher Kohlenwasserstoff-Brennstoffe genutzt werden.
Die Forschungsvorhaben im Einzelnen:
- Development of catalysts, namely manganese oxides and molybdenum sulphides, for an implementation in a light-driven water-splitting device using a multi-junction solar cell. Partner: Prof. H. Dau (PI, FU-Berlin), Prof. P. Kurz (University Freiburg i. Br.), Prof. S. Fiechter (HZB).
- High-throughput characterization of multinary transition metal oxide and oxynitride libraries. New materials for solar water splitting with improved properties. Partner: Prof. Wolfgang Schuhmann (PI, Ruhr University Bochum), Prof. Alfred Ludwig (Ruhr University Bochum), Prof. S. Fiechter (HZB).
- Novel thin film composites and co-catalysts for visible light-induced water splitting. Partner: M. Behrens (Uni Duisburg), A. Fischer (Uni Freiburg), M. Lerch (TU Berlin), T. Schedel-Niedrig (HZB).
- Development of optimum bandgap photoanodes for tandem water-splitting cells based on doped complex metal oxides and III-V semiconductors coupled to water oxidation electrocatalysts. Partner: R. Beranek (PI, Ruhr University Bochum), A. Devi (Ruhr University Bochum), R. Eichberger (HZB).
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.