US-Wissenschaftler imitieren Photosynthese, um Solarenergie zu speichern

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Eine Entdeckung von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) soll ausschließlich mit im Überfluss vorhandenen und nicht giftigen Materialien die reichhaltigste emissionsfreie Energiequelle erschließen: die Sonne. “Das ist das Ziel, von dem wir schon seit Jahren sprechen”, sagte Daniel Nocera, Inhaber des Henry Dreyfus Lehrstuhls für Energie am MIT und Hauptautor einer Studie, welche die Forschungsergebnisse am 31.07.2008 in der Zeitschrift “Science” präsentierte. Angeregt durch die Photosysnthese der Pflanzen, bei der Sonnenlicht direkt in chemische Energie umgewandelt wird, haben Nocera and sein Kollege Matthew Kanan ein Verfahren entwickelt, mit dem Sonnenstrahlung zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff genutzt werden kann. Anschließend können Wasserstoff und Sauerstoff in einer Brennstoffzelle zusammengeführt werden, um bei Tag und Nacht Gebäude oder ein Elektrofahrzeug mit CO2-freiem Strom zu versorgen. Die Schlüsselkomponente dieses Elektrolyseverfahrens ist ein neuer Katalysator, der aus Wasser Wasserstoff erzeugt; ein anderer Katalysator produziert Sauerstoff.

Neuer Katalysaor aus Kobalt und Phosphat arbeitet bei Raumtemperatur
Der von Nocera entwickelte Katalysator besteht aus dem Metall Kobalt und aus Phosphat sowie aus einer im Wasser platzierten Elektrode. Wenn Strom durch die Elektrode fließt – entweder aus einer Solarzelle, einer Windenergieanlage oder eine anderen Quelle – bilden Kobalt und Phosphor eine dünne Schicht auf der Elektrode und es wird gasförmiger Sauerstoff erzeugt. In Verbindung mit einem herkömmlichen Katalysator aus Platin,der Wasserstoff aus Wasser gewinnt, kopiert dieses Verfahren die Spaltung von Wasser bei der Photosynthese der Pflanzen. Der neue Katalysator arbeitet bei Raumtemperatur in pH-neutralem Wasser und der Verfahrensaufbau sei ausgesprochen einfach, so Nocera. “Deshalb wird es auch funktionieren, denn es ist so einfach umzusetzen”, betont Nocera.

“Das ist nur der Anfang”
Herkömmliche Elektrolyseure werden meist in der Industrie eingesetzt und sind für die künstliche Photosynthese ungeeignet, weil sie zum einen teuer sind und zum anderen so viel Aufwand erfordern, dass sie mit der Photosynthese nicht vergleichbar sind. Aus diesem Grund müssten die Techniker sich weiterhin um die Entwicklung kümmern, damit die Neuentwicklung in bestehende Solarstromanlagen integriert werden kann. Er sei aber überzeugt, dass solche Anlagen gebaut werden, sagt Nocera. “Das ist nur ein Anfang”, unterstreicht der Forscher, der auch wissenschaftlicher Leiter des Solar Revolution-Projekts ist, das von der Chesonis Family-Stiftung gefördert wird und außerdem einer der Direktoren des ENI-MIT Solar Frontiers Center. “Die Wissenschaft arbeitet intensiv daran”, sagt Nocera, der davon ausgeht, dass Hausbesitzer innerhalb von zehn Jahren ihre Gebäude am Tag mit Strom aus Photovoltaik-Zellen versorgen und mit dem überschüssigen Solarstrom Wasserstoff für die hauseigene Brennstoffzelle produzieren können. Strom aus der Steckdose, der aus einem zentralen Kraftwerk stammt, gehöre dann der Vergangenheit an.

“Ein Riesenschritt für die saubere Energieversorgung”
Sonnenlicht ist die Quelle mit dem größten Potenzial, um das Energieproblem der Welt zu lösen, sagt Nocera. In einer Stunde liefert die Sonnenenergie genug Energie um den Bedarf der Erde ein Jahr lang zu decken. “Das ist eine bedeutende Entdeckung, mit enormen Auswirkungen auf die Zukunft der Menschheit”, kommentiert James Barber, ein führender Photosynthese-Forscher, der an Noceras Entwicklung nicht beteiligt war. “Die Bedeutung der Entwicklung von Nocera und Kanan kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden, denn sie öffnet die Tür für neue Technologien zur Energieproduktion und senkt dadurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und hilft, das Klimaproblem zu lösen”, kommentiert Barber, Inhaber des Ernst Chain-Lehrstuhl für Biochemie am Imperial College London.

06.08.2008 | Quelle: MIT | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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