Licht an für den Wasserstoff

Nanofasern aus Indium-Gallium-Nitrid zeigen einen relativ hohen Photostrom. An der Grenzfläche der Nanodrähte spaltet sich aus Wasser der Wasserstoff ab. (Bild: PDI)

Mehrere japanische Autobauer haben für 2015 umweltfreundliche Wasserstoff-Fahrzeuge angekündigt. Doch für solche mit Brennstoffzellen ausgerüsteten Elektroautos wird Wasserstoff benötigt. Berliner Forscher entwickeln derzeit eine besondere Art von Solarzelle, die das Gas direkt aus Wasser gewinnen kann. Wasserstoff gilt zudem als der beste Speicher für die Energiewende, denn Wind und Sonne sind nicht gleichmäßig verfügbar. „Noch ist solch ein Photoelektrolyseur eine Vision“, sagt Lutz Geelhaar vom Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI). Sonnenfarmen zur direkten Erzeugung von Wasserstoff hätten den Vorteil, dass er im Prinzip wie Erdgas gehandhabt werden kann. Wasserstoff lässt sich in Tanks speichern oder über Pipelines verteilen. Das Gas könnte zum entscheidenden Speicher für die künftige Energiewirtschaft werden.

Gemeinsam mit seinem japanischen Kollegen Jumpei Kamimura und anderen Wissenschaftlern verfolgt Geelhaar das Ziel, die Grundlagen für ein künstliches Blatt zu schaffen. So wie am Baum mit der Energie aus dem Sonnenlicht in Blättern Biomasse erzeugt wird, so soll das künstliche Blatt Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Die Solarzelle befindet sich dazu in einem Wasserbad, in das Sonnenlicht scheinen kann. Idealerweise sollten die Gase nicht gemischt entstehen – das wäre hochexplosives Knallgas – sondern getrennt. „Wirklich interessiert sind wir am Wasserstoff“, sagt PDI-Forscher Geelhaar. Die Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff gehört zu den energiereichsten überhaupt. Umgekehrt können aus der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff wieder große Energiemengen zurückgewonnen werden.

Die direkte Abspaltung von Wasserstoff unter Lichteinfall war 1970 von japanischen Forschern erstmals beobachtet worden. Der nach ihnen benannte Honda-Fujishima-Effekt beschäftigt seitdem die Wissenschaftler. Messungen mit Kollegen vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) zeigten jetzt: Das neu entwickelte Material basierend auf Indium-Gallium-Nitrid als Elektrode für die Wasserstofferzeugung aus Sonnenlicht besonders vielversprechend ist; es arbeitet effizient und stabil. Aber: „Wir benötigen für die Züchtung der Kristallschicht eine Unterlage, die im Kristallgitter ähnlich ist“, erläutert Geelhaar. „Für das Indium-Gallium-Nitrid gibt es leider keine Unterlage, die diese Bedingung erfüllt.“ Kamimura ignorierte das unpassende Kristallgitter und machte trickreiche Versuche in der Molekularstrahlepitaxie-Anlage des Paul-Drude-Instituts. Das nächste Ziel ist nun, die Wasserstofferzeugung autark nur aus der Energie des Sonnenlichts zu erreichen. (Quelle: FVB)

Link: Abt. Epitaxie (L. Geelhaar), Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, Berlin

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