Sonnenstrom ohne Steckdose

„Es gibt zwei Arten, Sonnenenergie direkt zu nutzen“, fasst Dr. Julien Warnan, Habilitand und Gruppenleiter Photokatalyse an der Technischen Universität München (TUM), zusammen:. „Wir gewinnen entweder elektrische Energie daraus, oder wir nutzen die Energie, um chemische Reaktionen anzutreiben. Mit zwei Systemen, die auf dem gleichen Prinzip beruhen, ist uns beides experimentell gelungen.“

So können die Forschenden nun mit Hilfe von Sonnenlicht Synthesegas herstellen. Synthesegas sei ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, das momentan fast ausschließlich mithilfe fossiler Rohstoffe hergestellt werde, so Professor Roland Fischer vom Lehrstuhl für Anorganische und Metallorganische Chemie der TUM. Es sei ein wichtiges Zwischenprodukt für die Herstellung vieler chemischer Grundstoffe wie Ammoniak, Methanol und synthetischer Kohlenwasserstoffkraftstoffe.

Die Forschenden an der TUM haben nun ein Nanomaterial ("Nanozym") entwickelt, das die Eigenschaften der an der Photosynthese beteiligen Enzyme nachahmt. Es sieht aus wie gelbliches Pulver und soll aus Kohlendioxid, Wasser und Licht Synthesegas produzieren. Das sei gelungen, sagt Dr. Philip Stanley, der das Thema im Rahmen seiner Doktorarbeit bearbeitet hat: „Unsere Energieausbeute aus dem Licht ist mit 36 Prozent spektakulär hoch. Wir können bis zu jedes dritte Photon, also Lichtteilchen, in chemische Energie umsetzen. Bisherige Systeme waren hier höchstens im Bereich von jedem zehnten Teilchen. Dieses Ergebnis lässt hoffen, dass eine technische Umsetzung industrielle chemische Prozesse nachhaltiger machen könnte.“

In einem weiteren Projekt arbeiten TUM-Forschende an einem Material, das elektrische Energie aus der Sonne direkt speichern kann. „Eine mögliche zukünftige Anwendung könnten Batterien sein, die durch Sonnenlicht aufgeladen werden, ohne den Umweg über die Steckdose“, erklärt Professor Roland Fischer.

Bei der Entwicklung dieser sogenannten Fotokondensatoren verwenden die Forschenden ähnliche Bausteine wie bei dem Nanozym. Auch hier absorbiert das Material selbst Photonen aus dem eingestrahlten Licht. Doch statt im Anschluss als Katalysator für eine chemische Reaktion zu dienen, ist der Energie-Empfänger so eng in die Struktur eingebunden, dass er in diesem Zustand verbleibt und so eine langfristige Speicherung der Elektronen ermöglicht wird. Die Machbarkeit des Systems hätten die Forschenden im Labor bewiesen, wie es in einer Mitteilung der TUM heißt.