Ein Forschungsteam der Universität Ulm und der Friedrich-Schiller-Universität Jena unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena hat nach eigenen Angaben ein Material entwickelt, das die Energie des Sonnenlichts über mehrere Tage speichern und anschließend in Form von Wasserstoff abgeben kann. „Man kann sich das vorstellen wie eine Kombination aus Solarzelle und Batterie auf molekularer Ebene“, erklärt Sven Rau, Leiter des Instituts für Anorganische Chemie I an der Universität Ulm. Der Prozess sei reversibel und könne mehrfach reaktiviert werden.
Die Basis des Verfahrens, das in einer Veröffentlichung im Fachjournal Nature Communications beschrieben wird, ist ein wasserlösliches, Redox-aktives Copolymer, also ein aus mehreren verschiedenen Monomereinheiten zusammengesetztes Makromolekül, dessen Eigenschaften sich gezielt steuern lassen. Im vorliegenden Fall ist es den Angaben zufolge gelungen, eine starke Redox-Aktivität zu etablieren. Das System erreicht demnach eine Ladeeffizienz von über 80 Prozent und hält diesen Zustand mehrere Tage lang.
Erstaunlich hoher Wirkungsgrad
„Bei Bedarf rufen wir die chemische Energie in Form von Wasserstoff wieder ab“, erläutert Ulrich Schubert, Leiter des Instituts für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Durch Zugabe einer Säure und eines Wasserstoffentwicklungs-Katalysators würden die im Polymer gespeicherten Elektronen mit Protonen kombiniert; auf diese Weise entstehe Wasserstoff. Der Wirkungsgrad sei mit 72 Prozent „erstaunlich hoch“. Der Entladeprozess sei zudem nicht von Sonnenlicht abhängig.
Um die Lösung anschließend zu neutralisieren und damit für ein erneutes Aufladen bereit zu machen, müsse sie lediglich neutralisiert, also der ph-Wert verändert werden. Es seien „mehrere Lade-, Lager- und Katalyse-Zyklen“ möglich, so die beiden Erstautoren der Studie, Marco Hartkorn (Uni Ulm) und Robin Kampes (FSU Jena). Dabei komme es bei der Entladung zu einem Farbumschlag von violett zu gelb, bei der Wiederbeladung mittels Licht werde das Gelb wieder zu Violett.
Für Industrieprozesse nutzbar
Die Forscher und Forscherinnen geben sich „fest davon überzeugt, dass solche Methoden zur sogenannten ‚On Demand‘-Wasserstoffentwicklung auch für energieintensive industrielle Prozesse genutzt werden könnten“. Angaben zu den in diesem Zusammenhang wichtigen Fragen, wie oft genau der Prozess reversibel ist und welche Speicherkosten in Bezug auf die Energiemenge perspektivisch möglich sind, machte das Konsortium noch nicht. Schubert hält aber fest, die Ergebnisse eröffneten „neue Perspektiven für kostengünstige, skalierbare solare Speichertechnologien“.
Das Projekt wurde im Rahmen des gemeinsamen Sonderforschungsbereichs „CataLight“ der Universitäten Ulm und Jena realisiert, bei dem es zentral um die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie beziehungsweise um die Herstellung von „grünem“ Wasserstoff aus Sonnenlicht geht. Partner von „CataLight“ sind auch die Universität Wien und das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz. Der Verbund wird im Zeitraum 2023 bis 2026 mit rund zwölf Millionen Euro durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.
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Wasserstoff abgeben ohne ihn vorher einzulagern … müsste das Polymer zerstören.
Wenn der Prozess reversibel sein soll muss der Wasserstoff vorher irgendwo herkommen.
spaltet man Wasser aus der Lösung?