{"id":37387,"date":"2016-09-15T07:26:22","date_gmt":"2016-09-15T05:26:22","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=37387"},"modified":"2016-09-13T13:13:24","modified_gmt":"2016-09-13T11:13:24","slug":"vom-blatt-zum-baum-kuenstliche-photosynthese-im-grossen-massstab","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/vom-blatt-zum-baum-kuenstliche-photosynthese-im-grossen-massstab\/","title":{"rendered":"Vom Blatt zum Baum: K\u00fcnstliche Photosynthese im gro\u00dfen Ma\u00dfstab"},"content":{"rendered":"

Wissenschaftler des Forschungszentrums J\u00fclich haben zum ersten Mal ein komplettes und kompaktes Design einer Anlage f\u00fcr die k\u00fcnstliche Photosynthese entwickelt. Dies bringt diese Technologie einen entscheidenden Schritt n\u00e4her zur Anwendung. Das Konzept ist flexibel, sowohl bei den verwendeten Materialien als auch bei der Gr\u00f6\u00dfe des Systems. Ihre Ergebnisse haben die Forscher jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht (DOI: 10.1038\/NCOMMS12681<\/a>).<\/strong><\/p>\n

Sonne und Wind sollen in Zukunft den L\u00f6wenanteil unserer Energie liefern. Die unstete Natur dieser erneuerbaren Energiequellen richtet den Fokus der aktuellen Forschung immer mehr auf effiziente Speichertechnologien. Wie die Energiequellen selbst sollen sie umweltfreundlich und bezahlbar sein. Dieser Trend ist besonders offensichtlich in der Forschung zur direkten photoelektrochemischen Wasserspaltung: k\u00fcnstliche Photosynthese, die Kombination von Solarzelle und Elektrolyseur. Mit ihr l\u00e4sst sich die Energie der Sonne direkt in das universale Speichermedium Wasserstoff umwandeln. Zum ersten Mal in den 1970ern erforscht, gewinnt sie in den letzten Jahren immer gr\u00f6\u00dferes Interesse. Bisher liegt der Fokus der Forschung auf der Materialwissenschaft: Neue Absorbermaterialien und Katalysatoren sollen den Wirkungsgrad weiter erh\u00f6hen.<\/p>\n

Die J\u00fclicher Solarzellenforscher Jan-Philipp Becker und Bugra Turan konzentrierten sich jedoch auf einen Aspekt, der bisher weitgehend vernachl\u00e4ssigt wurde: ein realistisches Design eines solchen Systems, das die Technologie aus den Laboren der Wissenschaftler herausholt und eine praktische Anwendung m\u00f6glich macht. “Die photoelektrochemische Wasserspaltung wurde bis jetzt immer nur im Laborma\u00dfstab getestet”, erkl\u00e4rt Burga Turan. “Die einzelnen Komponenten und Materialien wurden verbessert, aber keiner hat wirklich versucht, n\u00e4her an eine wirkliche Anwendung zu kommen.”<\/p>\n

Kompakt, komplett und erweiterbar<\/h3>\n

Das Design der beiden Experten des J\u00fclicher Instituts f\u00fcr Energie- und Klimaforschung unterscheidet sich deutlich von den \u00fcblichen Laborexperimenten. Statt fingernagelgro\u00dfer einzelner Komponenten, die untereinander mit Dr\u00e4hten verbunden sind, entwickelten sie ein kompaktes, in sich geschlossenes System \u2013 komplett aus kosteng\u00fcnstigen, leicht verf\u00fcgbaren Materialien.<\/p>\n

Mit einer Fl\u00e4che von 64 Quadratzentimetern wirkt ihr Bauelement noch immer relativ klein. Der Trick ist jedoch das flexible Design: Durch die st\u00e4ndige Wiederholung der Basiseinheit lassen sich k\u00fcnftig auch quadratmetergro\u00dfe Systeme herstellen. Die Basiseinheit wiederum besteht aus mehreren Solarzellen, die durch eine spezielle Lasertechnik miteinander verschaltet sind. “Durch diese Serienverschaltung erreicht jede Einheit die f\u00fcr die Wasserstoffgewinnung n\u00f6tige Spannung von 1,8 Volt”, so Jan-Philipp Becker. “Im Gegensatz zu den bislang in Laborexperimenten \u00fcblichen Konzepten zur Aufskalierung erlaubt diese Methode eine h\u00f6here Effizienz.”<\/p>\n

Kompatibel mit diversen Technologien<\/h3>\n

Im Moment liegt die Sonne-zu-Wasserstoff-Effizienz des Prototyps bei 3,9 Prozent. “Das klingt nicht nach viel”, gibt Bugra Turan zu. “Doch das ist nat\u00fcrlich nur ein erster Entwurf einer vollst\u00e4ndigen Anlage. Da ist noch mehr drin.” Und \u2013 geben die Wissenschaftler zu bedenken \u2013 nat\u00fcrliche Photosynthese erreicht nur Wirkungsgrade um ein Prozent. Auf bis ungef\u00e4hr zehn Prozent k\u00f6nnte man mit dem J\u00fclicher Design in relativ kurzer Zeit und unter Verwendung bekannter Solarzellenmaterialien kommen, so Jan-Philipp Becker. Aber es gibt auch andere Ans\u00e4tze. Zum Beispiel Perowskit, ein neuartiges Hybridmaterial, mit dem man jetzt schon Wirkungsgrade bis zu 14 Prozent erreichen k\u00f6nnte.<\/p>\n

“Das ist einer der gro\u00dfen Pluspunkte des neuen Designs. Es erlaubt die unabh\u00e4ngige Optimierung der beiden Hauptkomponenten: des photovoltaischen Teils, der Strom aus Sonnenergie gewinnt, und des elektrochemischen Teils, der diesen Strom zur Wasserspaltung einsetzt.” Das patentierte Konzept der J\u00fclicher Forscher ist flexibel: Es ist f\u00fcr jede D\u00fcnnschicht-Photovoltaik-Technologie anwendbar und f\u00fcr verschiedene Elektrolysearten. “Wir arbeiten zum ersten Mal in Richtung Markteinf\u00fchrung”, erkl\u00e4rt Becker. “Wir haben die Grundlagen daf\u00fcr geschaffen, wie das \u00fcberhaupt aussehen k\u00f6nnte.”<\/p>\n

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Das Photosynthese-System der J\u00fclicher Solarzellenforscher ist kompakt und in sich geschlossen. Aufgrund des flexiblen Designs l\u00e4sst es sich beliebig erweitern. Das Konzept ist f\u00fcr jede D\u00fcnnschicht-Photovoltaik-Technologie und verschiedene Elektrolysearten anwendbar. Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n
\"2016-09-09ku%cc%88nstliche_photosynthese\"
Testaufbau des Prototyps der photoelektrochemischen Wasserspaltung: Das komplette System befindet sich in einem mit Wasser (angereichert mit Kalilauge) gef\u00fcllten Beh\u00e4lter. Durch die Bestrahlung der Solarzellen mit einer Tageslichtlampe wird in ihnen eine Spannung von 1,8 Volt generiert. Mit der erzeugten Spannung wird das Elektrolysesystem (auf der Vorderseite, mit Anoden und Kathoden aus Nickelschaum) betrieben, das das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Copyright: Tobias Dyck\/Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n

 <\/p>\n

Originalpublikation<\/h3>\n

“Upscaling of integrated photoelectrochemical water-splitting devices to large areas” by Bugra Turan, Jan-Philipp Becker, F\u00e9lix Urbain, Friedhelm Finger, Uwe Rau, Stefan Haas,
\nDOI: 10.1038\/NCOMMS12681<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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