Photovoltaik-Forschung für die Elektromobilität: Neue Solarzelle soll Wasserstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge direkt aus Wasser erzeugen

Berliner Forscher entwickeln derzeit eine besondere Art von Solarzelle, die Wasserstoff direkt aus Wasser gewinnen kann, berichtet der Forschungsverbund Berlin e.V. in einer Pressemitteilung. Wasserstoff gilt zudem als der beste Speicher für die Energiewende, denn Wind- und Sonnenenergie sind nicht gleichmäßig verfügbar.

Wasserstoff kann wie Erdgas gehandhabt werden

„Noch ist solch ein Photoelektrolyseur eine Vision, zu der wir mit unseren grundlegenden Arbeiten beitragen möchten“, sagt Lutz Geelhaar vom Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI). Wasserstoff hat den Vorteil, dass er wie Erdgas gehandhabt werden kann. Er lässt sich in Tanks speichern oder über Pipelines verteilen. Das Gas könnte zum entscheidenden Speicher für die künftige Energiewirtschaft werden. Bislang wird es jedoch meist aus fossilen Quellen wie Erdgas gewonnen.
Der Halbleiterphysiker warnt allerdings vor übereilten Erwartungen: „Das ist Grundlagenforschung, das kann man in drei Jahren noch nicht kaufen.“ Gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern will Geelhaar nun die Grundlagen für ein „künstliches Blatt“ schaffen.

Künstliches Blatt soll Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten
So wie die Blätter eines Baumes aus dem Sonnenlicht Biomasse erzeugen, soll das künstliche Blatt Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Die Solarzelle befindet sich dazu in einem Wasserbad, in das Sonnenlicht scheint. Idealerweise sollten die Gase nicht gemischt entstehen, denn das wäre hochexplosives Knallgas.
„Wirklich interessiert sind wir am Wasserstoff“, so Geelhaar. „Das ist das, was mit dem Oberbegriff solarer Brennstoff bezeichnet wird.“ Die Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff gehört zu den energiereichsten überhaupt. Umgekehrt können aus der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf umweltfreundliche Weise wieder große Energiemengen zurück gewonnen werden.

Nanodrähte auf Siliziumunterlagen fangen viel Licht ein
Die direkte Abspaltung von Wasserstoff unter Lichteinfall war 1970 erstmals von japanischen Forschern beobachtet worden. Der nach ihnen benannte Honda-Fujishima-Effekt beschäftigt seitdem die Wissenschaftler. Geelhaars japanischer Kollege Kamimura lässt feinste Nanodrähte auf Siliziumunterlagen wachsen. Dadurch kann viel Licht eingefangen werden. Nanofasern aus Indium-Gallium-Nitrid, die mit einigen Fremdatomen Magnesium versehen sind (p-dotiert), zeigen einen relativ hohen Photostrom, und gleichzeitig entwickelt sich Wasserstoff an der Grenzfläche der Nanodrähte mit dem Wasser.
Co-Katalysatoren wie Platin sollen die Reaktion verbessern. „Das sind sehr ermutigende Ergebnisse“, so Geelhaar. „Unsere Nanofasern absorbieren bereits über ein breites Spektrum Licht und wandeln es in Strom um. Die Proben lösen sich zudem nicht auf, sondern liefern über längere Messzeiten konstante Ergebnisse bei der Wasserstoffproduktion.“ Dennoch liege noch ein weiter Weg vor den Forschern. Zur Erzeugung des Sauerstoffs an einer Gegenelektrode mussten sie bislang mit einer von außen angelegten elektrischen Hilfsspannung arbeiten. Das nächste Ziel ist nun, die Wasserstofferzeugung autark nur aus der Energie des Sonnenlichts zu erreichen.

13.10.2013 | Quelle: Forschungsverbund Berlin e.V. | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH