FreeHydroCells: Auf der Suche nach dem Durchbruch in der solaren Wasserstoffproduktion

Die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie ist ein Gebiet, auf dem Pflanzen hervorragend sind, während die Technik noch damit zu kämpfen hat. Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts FreeHydroCells versuchen die AMO GmbH und ihre Partner, die Grenzen heutiger Ansätze zur Synthese von Wasserstoff durch Absorption von Sonnenenergie zu überwinden. Dies könnte eine praktikable und umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen.

Die Sonne bietet unserem Planeten einen nahezu unbegrenzten Energievorrat, und doch macht sie heute weniger als 7 % der in der EU erzeugten Energie aus [1]. Der Grund dafür liegt in der Schwierigkeit, Sonnenenergie in andere Energieformen umzuwandeln, die genutzt und gespeichert werden können. Millionen Jahre Evolution haben Pflanzen mit einem effizienten Prozess ausgestattet, um aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid Energie in Form von Zucker zu synthetisieren. Ziel des Projekts FreeHydroCells ist es, ein neues photoelektrochemisches System zu entwickeln, das mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser spalten und molekularen Wasserstoff erzeugen kann.

Von der Natur inspiriert

Die Grundidee besteht darin, das Sonnenenergie-Absorptionspotenzial eines Blattes nachzuahmen, indem Kaskaden von nanometerdicken Halbleitermaterialien als vergrabene pn-Übergänge angeordnet werden. Durch sorgfältiges Bandengineering wird es möglich sein, ein Potentialfeld zu erzeugen, das die photoelektrochemische Wasserspaltungsreaktion antreibt und die Rekombination von Ladungen durch eingebaute elektrische Felder verhindert, so dass das System in der Lage ist, molekularen Wasserstoff zu erzeugen, wenn es in Wasser getaucht und dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, ohne eine externe Stromversorgung zu benötigen.

Dieses Ziel zu erreichen, ist sicherlich leichter gesagt als getan. Es erfordert eine Reihe von wissenschaftlichen Durchbrüchen in bestimmten Bereichen, die alle zusammenwirken müssen, damit das Projekt seine volle Wirkung entfalten kann. FreeHydroCells ist ein risikoreiches Sondierungsprojekt, wie es die EU-Förderausschreibung verlangt. Wenn es erfolgreich ist, wird FreeHydroCells eine saubere und effiziente Methode zur Herstellung von Wasserstoff-Kraftstoff bieten und eine echte Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen. Selbst wenn das Projekt nur teilweise erfolgreich sein sollte, hat es das Potenzial, Wissenschaft und Technologie entscheidend voranzubringen und eine Grundlage für weitere Forschung zu schaffen.

 

Ein starkes Team

Das Projekt wird von der Europäischen Kommission mit 3,75 Millionen Euro gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Unter der Koordination des University College Cork (Irland) vereint FreeHydroCells ein multidisziplinäres Konsortium von Partnern aus ganz Europa, darunter das Tyndall National Institute (Irland), das Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energie Alternatives (Frankreich), die RWTH Aachen (Deutschland), der Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italien), die AMO GmbH (Deutschland), BARDS Acoustic Science Labs (Irland) und die UCC Academy (Irland).

FreeHydroCells-Koordinator Dr. Ailbe Ó Manacháin: „Ich kann nicht genug betonen, wie wichtig Teamwork und multidisziplinäre Zusammenarbeit sind, um die ehrgeizigen Ziele des Projekts zu erreichen. Jeder der sieben Partner des Konsortiums bringt spezifische und spezialisierte Fähigkeiten, Kenntnisse und Infrastrukturen ein, die für das Projekt unerlässlich sind. Ohne den starken Beitrag und die intensive Zusammenarbeit aller meiner Expertenkollegen wäre der Erfolg des Projekts nicht möglich.

Im Rahmen des Projekts wird sich AMO an der Entwicklung der neuartigen photoelektrochemischen Zellen beteiligen, ein Arbeitspaket leiten und während aller Arbeitspakete und Aufgaben eng mit den Partnern zusammenarbeiten. „Es wird eine herausfordernde und spannende Aufgabe sein, die mehrschichtigen Verbindungen zu züchten, zu charakterisieren und zu optimieren, um diese komplexen Zellen für die effiziente Gewinnung und Umwandlung von Solarenergie zu bilden. Ein Prozess, der in der Natur scheinbar mühelos abläuft, erfordert ein hohes Maß an Kreativität und Technologie, um in die Praxis umgesetzt zu werden, aber der potenzielle Nutzen für unsere globale Energieversorgung ist immens“, sagt Dr. Ulrich Plachetka, Leiter der Sensor Technology Group bei AMO.

Das Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101084261 (FreeHydroCells) gefördert.

Weitere Informationen auf der Projekt-Website:

[1] Quelle: https://energy-charts.info/charts/energy_pie/chart.htm?l=en&c=EU&interval=year&year=2022