Wissenschaftler der Uni Ulm und der Uni Jena machen mit einem ausgeklügeltem System Solarenergie mit beliebiger Verzögerung nutzbar. Dabei liefert eine neuartige „Solarbatterie“ grünen Wasserstoff auf Knopfdruck, auch Tage nachdem die Sonnenenergie gespeichert wurde. Sogar dann, wenn die Sonne nicht scheint.
Den Forschern der Universität Ulm und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es erstmals gelungen, ein Material zu entwickeln, das die Energie des Sonnenlichts über mehrere Tage speichern und schließlich „auf Knopfdruck“ in Form von Wasserstoff abgeben kann. Sie beschreiben ihre Erfindung als „Kombination aus Solarzelle und Batterie auf molekularer Ebene“. Mit dem Material lässt sich Wasserstoff mittels Brennstoffzelle in elektrische Energie umwandeln. Das energiereiche Gas lässt sich auch zur Betankung entsprechend ausgestatteter Fahrzeuge nutzen.
Solarzelle und Batterie
Der Ulmer Forscher Sven Rau und sein Team hat gemeinsam mit einer Gruppe um den Jenaer Wissenschaftler Ulrich S. Schubert die Kombination aus Solarzelle und Batterie entwickelt. Als Material zur temporären Energie- beziehungsweise Elektronenspeicherung haben die Experten ein wasserlösliches Copolymer eingesetzt.
Copolymere sind Makromoleküle, die aus unterschiedlichen organischen Bausteinen bestehen. Sie bilden ein stabiles Gerüst und wurden mit funktionellen Einheiten ausgerüstet, die bestimmte chemisch-physikalische Eigenschaften mitbringen – in diesem Fall eine starke Redox-Aktivität. Damit ist die Fähigkeit einer chemischen Substanz gemeint, Elektronen abzugeben (Oxidation) oder aufzunehmen (Reduktion). Genau das passiert, wenn eine Batterie geladen bzw. entladen wird.
Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad erzeugt
Nun wollen die Forscher keinen Strom abzapfen, sondern Wasserstoff. Das gelingt durch Zugabe einer Säure und eines Wasserstoffentwicklungs-Katalysators. So werden die im Polymer gespeicherten Elektronen mit Protonen kombiniert, es entsteht also Wasserstoff. Der Wirkungsgrad ist mit 72 Prozent „erstaunlich hoch“, urteilen die Entwickler des Verfahrens. Wird die Lösung anschließend neutralisiert, kann das System erneut Solarenergie aufnehmen. Ebenfalls sehr vorteilhaft: Dieser Prozess läuft auch im Dunkeln ab, ist also unabhängig davon, ob die Sonne scheint.
„On Demand“-Wasserstoffentwicklung
Das Projekt sei wissenschaftlich bedeutsam, so Professor Sven Rau, weil es ganz unterschiedliche Konzepte aus der Chemie kombiniert, die ansonsten wenig Berührungspunkte haben: die makromolekulare Polymer-Chemie und die Photokatalyse. Die Forschenden sind fest davon überzeugt, dass solche Methoden zur sogenannten „On Demand“-Wasserstoffentwicklung auch für energieintensive industrielle Prozesse genutzt werden könnten – beispielsweise für die klimaneutrale Stahlproduktion, die auf eine verlässliche Versorgung mit grünem Wasserstoff angewiesen ist.