Wasserstoff hat ein riesiges Potenzial als Energietr?ger, vorausgesetzt, er wird mit erneuerbarer Energie erzeugt. Doch wie l?sst sich dieser grüne Wasserstoff effizient und in ausreichender Menge herstellen? Zu dieser Frage forscht die Gruppe um Dr. Jacob Schneidewind am Center for Energy and Environmental Chemistry der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena. Das Projekt SINATRA: SolSTEP – Zwei-Schritt-Photokatalysatoren für die integrierte Produktion von solaren Energietr?gern – wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der F?rderung von Nachwuchs-Forschungsgrup?pen zu den Themen künstliche Photosynthese und Nutzung alternativer Rohstoffe (SINATRA) mit 2,8 Millionen Euro für die Dauer von sechs Jahren gef?rdert. Der Fokus des gerade gestar?teten Projekts liegt auf der Wasserstoffgewinnung mittels Photokatalyse.

Gesucht werden effiziente und ressourcenschonende Katalysatoren

?

Das Prinzip der Photokatalyse ist relativ simpel: Wasser wird mit Katalysatoren gemischt, die es mit Hilfe des Sonnenlichts aufspalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Das funktioniert bereits, erste Versuchsanlagen seien in Japan errichtet worden, sagt Jacob Schneidewind. Doch der Haken dabei: W?hrend Photovoltaik-Anlagen auf Siliziumbasis einen Effizienzgrad von über 20 Prozent für die Produktion von Strom erreichen, sind es bei der Photokatalyse für die Produktion von Wasserstoff gerade mal zwei Prozent. ?Wir suchen also nach Katalysato?ren, mit denen sich die Effizienz erh?hen l?sst“, sagt der 27-j?hrige Chemiker. Diese Katalysa?toren sollten zudem nachhaltig und ressourcenschonend sein. Aktuell wird in der Gruppe von Jacob Schneidewind an Kohlenstoffnitridmaterialien und konjugierten Polymeren geforscht. Beide Stoffe liegen als Pulver vor und bestehen lediglich aus Kohlenstoff sowie Stickstoff. Der Schlüssel für eine h?here Effizienz k?nnte in der Struktur der Materialien liegen sowie in ihrer Stabilit?t über die Zeit. Jacob Schneidewind sagt, nach einer gewissen Zeit lasse die Wirkung der Katalysatoren nach, sie müssten reaktiviert werden. Deshalb sei eine Idee, ein Kreislaufsystem zu etablieren, in dem die nachlassenden Katalysatoren durch eine Wiederher?stellung ihrer Struktur stetig reaktiviert werden.

Sonnenreiche L?nder w?ren als Produktionsstandorte geeignet?

Als Vorbild für die Idee der Arbeitsgruppe nennt Schneidewind die Natur. Es gehe darum, ein System zu ersinnen, das ?hnlich wie die Photosynthese der Pflanzen funktioniert. Denkbar sei es, das System so zu designen, dass der Prozess in zwei Schritten verl?uft: Schritt 1 aktiviert das System und in Schritt 2 wird Wasserstoff produziert. ?Wir werden experimentell erproben, ob das tats?chlich funktionieren kann“, so Jacob Schneidewind. Am Ende der sechsj?hrigen Projektdauer solle ein funktionsf?higer Prototyp stehen. Vorstellbar seien Folienkissen, vergleichbar der Luftpolsterfolie, die von der Katalysator-Wasser-Mischung durchstr?mt werden. Aufgestellt in sonnenreicher Umgebung, würden sich darin Wasserstoff und Sauerstoff sammeln. Die beiden Gase müssten im n?chsten Schritt noch separiert werden, durch spezielle Filter oder Aktivkohle. Als Rohstoff für die Katalysatoren k?nnte Harnstoff dienen. Dieser wird in riesigen Mengen in der Landwirtschaft genutzt und steht kostengünstig zur Verfügung. Die neuartigen Sonnenkraftwerke würden am effektivsten in L?ndern arbeiten, die deutlich sonnenreicher als Deutschland sind, sagt Jacob Schneidewind. Denkbar seien Regionen in Nordafrika oder der Nahe Osten. Aber das ist derzeit noch Zukunftsmusik. ?