Melden Sie sich kostenfrei an, um Artikel vollständig zu lesen...
News und Promotion-Beiträge sind ohne Registrierung kostenfrei zu lesen
Login

Passwort vergessen?
Registrieren
   

Passwort ist zu kurz (mind. 8 Zeichen).
Versuchsaufbau: Durch die Auswahl spezieller Materialien gelang es, Hochtemperatur-Photovoltaik mit einem elektrochemischen Element zu kombinieren. Bild: TU Wien
Forschung

0 Bewertungen

Sonnenkraft chemisch speichern

An der TU Wien wurde eine neuartige photo-elektrochemische Zelle entwickelt, mit der die Energie von UV-Licht bei hohen Temperaturen chemisch gespeichert werden kann.

Die Natur macht es vor: Pflanzen können Sonnenlicht auffangen und chemisch speichern. Dieses Vorgehen auf großtechnischer Skala nachzumachen, gelingt heute aber noch nicht besonders gut. Photovoltaik wandelt das Licht direkt in Strom um, aber bei hohen Temperaturen nimmt der Wirkungsgrad konventioneller Solarzellen deutlich ab. Wenn man den Strom zur Gewinnung von Wasserstoff nutzt, kann die Energie chemisch gespeichert werden, doch die Effizienz dieses Prozesses ist begrenzt.

An der TU Wien wurde ein neues Konzept entwickelt: Durch die Auswahl spezieller Materialien gelang es, Hochtemperatur-Photovoltaik mit einem elektrochemischen Element zu kombinieren. Damit kann man UV-Licht nutzen, um Sauerstoffionen durch eine keramische Elektrolytmembran zu pumpen – so wird die Energie des UV-Lichts chemisch gespeichert. In Zukunft soll mit dieser Methode Wasser mit Sonnenlicht direkt in Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet werden können.

Schon als Student hatte Georg Brunauer darüber nachgedacht, wie Photovoltaik und elektrochemische Speicherung kombiniert werden könnte. Allerdings müsste ein solches System bei hohen Temperaturen funktionieren. „Dann könnte man nämlich das Licht der Sonne mit Spiegeln konzentrieren und große Anlagen mit hohem Wirkungsgrad bauen“, sagt Brunauer. Gewöhnliche Solarzellen funktionieren allerdings nur bis etwa 100 Grad Celcius (°C) gut – in einem Solarkonzentrator-Kraftwerk würden viel höhere Temperaturen entstehen.

Bei der Arbeit an seiner Dissertation gelang es Brunauer, einen Lösungsansatz für dieses Problem umzusetzen – und zwar mit einer ungewöhnlichen Wahl von Materialien. Anstatt silizium-basierter Photovoltaik wurden spezielle Mischmetalloxide vom Typ Perovskit verwendet. Durch die Kombination mehrerer verschiedener Metalloxide konnte eine Zelle hergestellt werden, die Hochtemperatur-Photovoltaik und Elektrochemie vereint. Neben dem Team von Professor Karl Ponweiser, Brunauers Dissertationsbetreuer am Institut für Energietechnik und Thermodynamik, waren auch noch andere Forschungsgruppen der TU Wien am Projekt beteiligt: Das Elektrochemie-Team von Professor Jürgen Fleig (Chemische Technologien und Analytik) sowie das Atominstitut der TU Wien.

„Unsere Zelle besteht aus zwei verschiedenen Teilen – nämlich aus einem oberen photoelektrischen und einen unteren elektrochemischen Teil“, sagt Georg Brunauer. „In der oberen Schicht werden durch Beleuchtung freie Ladungsträger erzeugt, genau wie in einer gewöhnlichen Solarzelle.“ Die Elektronen werden allerdings sofort wegtransportiert und auf die untere Seite der elektrochemischen Zelle geleitet. Das führt dazu, dass Sauerstoffatome dort negativ aufgeladen werden und dann durch die untere Schicht der Zelle hindurch wandern können. „Das ist der entscheidende photoelektrochemische Schritt, der in weiterer Folge dann die Grundlage für Wasserzerlegung und Wasserstoffproduktion sein soll“, erklärt Brunauer. Die Vorstufe dazu – eine mit UV-Licht angetriebene Sauerstoff-Pumpe, funktioniert bereits und liefert bei 400 °C eine Leerlaufspannung von bis zu 920 Millivolt.

Die Forschung ist noch nicht abgeschlossen: „Weiterführende Arbeiten sind wichtig, um den Effekten phänomenologisch auf den Grund zu gehen und damit das Material noch weiter optimieren zu können“, sagt Brunauer. Wenn die elektrische Leistung noch etwas gesteigert wird, lässt sich mit der Zelle Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. „Dieses Ziel ist in Griffweite, jetzt wo wir bewiesen haben, dass das Grundprinzip funktioniert“, so Brunauer. Nicht nur zur Wasserstoffproduktion eignet sich das neue Konzept; es könnte auch CO2 aufspalten wedenund daraus CO in Hinblick für Kraftstoffsynthesen gewinnen.

Damit die neue Erfindung den Sprung vom Universitätslabor in die Umsetzung eines Prototyps schafft, hatte Brunauer unter anderem mit einem Industriepartner das Startup-Unternehmen Novapecc gegründet. Gemeinsam mit der TU Wien wurden Patente angemeldet.

Firmen zu diesem Artikel

Nach oben