![\"\"](\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/01\/image.jpeg\")
Ein Ger\u00e4t, das Wasser aus der Luft auff\u00e4ngt und Wasserstoff als Treibstoff liefert – und das ausschliesslich mit Sonnenenergie betrieben wird – ist seit Jahrzehnten ein Traum der Forscher. Nun haben der EPFL-Chemieingenieur Kevin Sivula und sein Team einen bedeutenden Schritt getan, um diese Vision der Realit\u00e4t n\u00e4her zu bringen. Sie haben ein geniales und doch einfaches System entwickelt, das eine auf Halbleitern basierende Technologie mit neuartigen Elektroden kombiniert, die zwei wichtige Eigenschaften aufweisen: Sie sind por\u00f6s, um den Kontakt mit dem Wasser in der Luft zu maximieren, und transparent, um die Sonneneinstrahlung auf die Halbleiterbeschichtung zu maximieren. Wenn das Ger\u00e4t einfach dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, nimmt es Wasser aus der Luft auf und produziert Wasserstoffgas. Die Ergebnisse werden am 4. Januar 2023 in Advanced Materials<\/em> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n Was ist das Neue? Es sind ihre neuartigen Gasdiffusionselektroden, die transparent, por\u00f6s und leitf\u00e4hig sind und diese solarbetriebene Technologie zur Umwandlung von Wasser – in seinem gasf\u00f6rmigen Zustand aus der Luft – in Wasserstoffkraftstoff erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n “Um eine nachhaltige Gesellschaft zu verwirklichen, brauchen wir M\u00f6glichkeiten, erneuerbare Energie in Form von Chemikalien zu speichern, die als Brenn- und Einsatzstoffe in der Industrie verwendet werden k\u00f6nnen. Solarenergie ist die am h\u00e4ufigsten vorkommende Form erneuerbarer Energie, und wir streben danach, wirtschaftlich wettbewerbsf\u00e4hige Verfahren zur Herstellung von Solartreibstoffen zu entwickeln”, sagt Sivula vom EPFL-Labor f\u00fcr Molecular Engineering von optoelektronischen Nanomaterialien und Hauptautor der Studie.<\/p>\n\n\n\n Bei ihrer Forschung nach erneuerbaren, fossilfreien Kraftstoffen liessen sich die EPFL-Ingenieure in Zusammenarbeit mit Toyota Motor Europe von der Art und Weise inspirieren, wie Pflanzen in der Lage sind, Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln, indem sie Kohlendioxid aus der Luft nutzen. Eine Pflanze nimmt im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasser aus ihrer Umgebung auf und kann diese Molek\u00fcle mit dem zus\u00e4tzlichen Energieschub des Sonnenlichts in Zucker und St\u00e4rke umwandeln – ein Prozess, der als Photosynthese bekannt ist. Die Energie des Sonnenlichts wird in Form von chemischen Bindungen in den Zuckern und St\u00e4rken gespeichert.<\/p>\n\n\n\n Die von Sivula und seinem Team entwickelten transparenten Gasdiffusionselektroden wirken, wenn sie mit einem Licht sammelnden Halbleitermaterial beschichtet sind, tats\u00e4chlich wie ein k\u00fcnstliches Blatt, das Wasser aus der Luft und Sonnenlicht aufnimmt, um Wasserstoffgas zu erzeugen. Die Energie des Sonnenlichts wird in Form von Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen gespeichert.<\/p>\n\n\n\n Anstatt Elektroden aus herk\u00f6mmlichen, f\u00fcr das Sonnenlicht undurchsichtigen Schichten zu bauen, besteht ihr Substrat aus einem dreidimensionalen Netz aus gefilzten Glasfasern.<\/p>\n\n\n\n Marina Caretti, Hauptautorin der Arbeit, sagt: “Die Entwicklung unseres Prototyps war eine Herausforderung, da transparente Gasdiffusionselektroden bisher noch nicht demonstriert wurden und wir f\u00fcr jeden Schritt neue Verfahren entwickeln mussten. Da jedoch jeder Schritt relativ einfach und skalierbar ist, denke ich, dass unser Ansatz neue Horizonte f\u00fcr eine breite Palette von Anwendungen er\u00f6ffnen wird, angefangen bei Gasdiffusionssubstraten f\u00fcr die solarbetriebene Wasserstofferzeugung.”<\/p>\n\n\n\n Sivula und andere Forschergruppen haben bereits gezeigt, dass es m\u00f6glich ist, eine k\u00fcnstliche Photosynthese durchzuf\u00fchren, indem sie mit Hilfe einer so genannten photoelektrochemischen Zelle (PEC) aus fl\u00fcssigem Wasser und Sonnenlicht Wasserstoff als Brennstoff erzeugen. Eine PEC-Zelle ist allgemein als ein Ger\u00e4t bekannt, das einfallendes Licht nutzt, um ein lichtempfindliches Material wie einen Halbleiter, der in eine fl\u00fcssige L\u00f6sung getaucht ist, zu einer chemischen Reaktion anzuregen. F\u00fcr praktische Zwecke hat dieses Verfahren jedoch einige Nachteile, z. B. ist es kompliziert, gro\u00dffl\u00e4chige PEC-Ger\u00e4te herzustellen, die eine Fl\u00fcssigkeit verwenden.<\/p>\n\n\n\n Sivula wollte zeigen, dass die PEC-Technologie stattdessen f\u00fcr die Gewinnung von Feuchtigkeit aus der Luft angepasst werden kann, was zur Entwicklung ihrer neuen Gasdiffusionselektrode f\u00fchrte. Es wurde bereits gezeigt, dass elektrochemische Zellen (z. B. Brennstoffzellen) mit Gasen anstelle von Fl\u00fcssigkeiten funktionieren, aber die bisher verwendeten Gasdiffusionselektroden sind undurchsichtig und nicht mit der solarbetriebenen PEC-Technologie kompatibel.<\/p>\n\n\n\n Die Forscher konzentrieren sich nun darauf, das System zu optimieren. Was ist die ideale Fasergr\u00f6\u00dfe? Die ideale Porengr\u00f6\u00dfe? Die idealen Halbleiter und Membranmaterialien? Diesen Fragen geht das EU-Projekt “Sun-to-X” nach, das diese Technologie vorantreiben und neue Wege zur Umwandlung von Wasserstoff in fl\u00fcssige Kraftstoffe entwickeln soll.<\/p>\n\n\n\nInspiration durch das Blatt einer Pflanze<\/h3>\n\n\n\n
Von fl\u00fcssigem Wasser zu Feuchtigkeit in der Luft<\/h3>\n\n\n\n
Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n