Energie Blog | 10. Mai 2010 | von Jan Oliver Löfken

Energie-Frage der Woche: Kann Sonnenlicht Wasser direkt in Sauerstoff und Wasserstoff spalten?

Solarzellen können Sonnenlicht immer besser direkt in Strom umwandeln. Trotzdem reichen sie in ihrer Effizienz längst nicht an die der natürlichen Photosynthese heran. Mit ihrem Chlorophyll beherrschen Grünpflanzen das Kunststück, aus Kohlendioxid, Wasser und Sonnenstrahlen energiehaltige Moleküle wie Zucker oder Stärke zu produzieren. Wäre es daher nicht sinnvoll, diesen natürlichen Prozess für eine technische Energiegewinnung zu nutzen?

Diese Idee verfolgen weltweit zahlreiche Forschergruppen. Ihr Ziel ist es, Sonnenlicht mittels einer künstlichen Photosynthese für die Produktion des Energieträgers Wasserstoff  zu nutzen. Nach dem Vorbild der Natur müssen dazu die Sonnenstrahlen eingefangen und deren Energie auf einen Katalysator übertragen werden. Auf der Oberfläche dieses Katalysators kann darauf Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff gespalten werden.

Sprudelnder Sauerstoff: Allein mit Licht und geeigneten Katalysatoren lässt sich Wasser spalten. Bild: Benjamin Yin, Emory University; Bild oben: dpa.

Energieträger Wassserstoff klimaneutral herstellen

Viele Materialien wie Titandisilizid, Metall-Komplexe mit Ruthenium oder Kobaltoxid eignen sich als Katalysatoren. Für eine großtechnische Anwendung sind sie jedoch entweder zu teuer oder nicht stabil genug. Ein französisch-amerikanisches Forscherteam schaffte es zumindest, das Katalysatormaterial Kobaltoxid mit kohlenstofffreien Liganden, so genannten Polyoxometallaten zu stabilisieren. Die Ausbeute war allerdings noch zu gering, um als Grundlage für eine lohnenswerte Wasserstoffgewinnung zu dienen. Chemiker der University of California in Berkeley konnten mit einem Molybdän-Oxo-Komplex eine höhere Ausbeute von 8500 Wasserstoff-Molekülen pro Katalysator-Molekül erreichen. Aber reif für den technischen Einsatz sind auch diese Katalysatoren nicht, da ihre Effizienz schon nach drei Tagen abnahm.

Offensichtlich sind noch einige Hürden auf dem Weg zur künstlichen Photosynthese in den kommenden Jahren zu nehmen. Aber die Anstrengungen können sich lohnen. Denn der Energieträger Wasserstoff wird nur eine Zukunft haben, wenn er klimaneutral und günstig gewonnen werden kann. Das funktioniert heute prinzipiell durch die Elektrolyse, bei der regenerativ erzeugter Strom für die Spaltung von Wassermolekülen genutzt wird. Günstiger und daher weiter verbreitet ist bislang die Wasserstoffgewinnung aus fossilem Erdgas. Eine effiziente künstliche Photosynthese hätte das Potenzial, diese beiden konventionellen Methoden zu verdrängen.

Auf einem anderen Weg, ohne den Photosynthese-Prozess technisch zu kopieren, spalten auch DLR-Forscher vom Institut für Technische Thermodynamik Wasser in seine Bestandteile. In den EU-Projekten HYDROSOL I und II gelang es, mit einer auf der spanischen Plataforma Solar de Almería (PSA) installierten Anlage Wassermoleküle mit konzentriertem Sonnenlicht bei 800 bis 1200 Grad Celsius zu zerlegen. Dieser Weg hat das Potenzial, Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenenergie in absehbarer Zeit wirtschaftlich herzustellen. 

Die DLR-Energiefrage der Woche im Wissenschaftsjahr "Die Zukunft der Energie"

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Wissenschaftsjahr 2010 unter das Motto "Die Zukunft der Energie" gestellt. Aus diesem Anlass beantwortet der Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken in diesem Jahr jede Woche eine Frage zum Thema Energie in diesem Blog. Haben Sie Fragen, wie unsere Energieversorgung in Zukunft aussehen könnte? Oder wollen Sie wissen, wie beispielsweise ein Wellenkraftwerk funktioniert und wie effizient damit Strom erzeugt werden kann? Dann schicken Sie uns Ihre Fragen per E-Mail. Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken recherchiert die Antworten und veröffentlicht sie jede Woche in diesem Blog.  

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Über den Autor

Der Energiejournalist Jan Oliver Löfken schreibt unter anderem für Technologie Review, Wissenschaft aktuell, Tagesspiegel, Berliner Zeitung und das P.M. Magazin. Derzeit diskutiert er im DLR-Energieblog aktuelle Themen rund um die Energiewende. zur Autorenseite

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