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Internationales Forschungsprojekt erzielt Rekordwert bei Umwandlung von Kohlendioxid in Brennstoffe

(PresseBox) (Ilmenau, )
In einem internationalen Forschungsprojekt mit Beteiligung der Technischen Universität Ilmenau ist es Wissenschaftlern gelungen, ein mit Sonnenlicht betriebenes Bauelement zu entwickeln, das Kohlendioxid mit einem Wir-kungsgrad von über fünf Prozent direkt in nutzbare Brennstoffe konvertiert. Damit ist das Ziel näher gerückt, das schädliche Treib-hausgas Kohlendioxid nicht nur zu beseitigen, sondern es in hochwertige Treibstoffe umzu-wandeln. Das internationale Projekt ist Teil der Strategie des Bundes, Deutschland im Zeichen der Energiewende unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu machen.

Die gigantische Energie der Sonne für den täglichen Energiebedarf nutzbar zu ma-chen, das ist es, was Professor Thomas Hannappel antreibt. Der Leiter des Fachge-biets der TU Ilmenau „Grundlagen von Energiematerialien“ forscht daran, die Effi-zienz konventioneller Solarzellen mehr und mehr zu steigern – etwa mit innovati-ven Halbleitern, die die Sonnenstrahlung absorbieren und in elektrische Leistung umwandeln. Die Stapel-, Mehrfach- und Tandem-Solarzellen, die Prof. Hannappel optimiert, sind ungleich energieeffizienter als herkömmliche Solarzellen.

Tandemstrukturen bergen ein hochwirksames Potenzial. Mit einem einzigen Bau-teil, das heißt ohne den Umweg über einen sonst benötigten Elektrolyseur, wird Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und, weil regenerativ erzeugt, „grünen“ Wasserstoff zerlegt – statt Erdöl möglicherweise der Brennstoff der Zukunft. Fach-leute nennen solch ein alleinstehendes Bauteil, das ohne Verdrahtung nach außen auskommt, „künstliches Blatt“ – angelehnt an die Natur, die ebenfalls mit einem einzigen „Bauteil“, den grünen Blättern der Pflanzen, winzige Kraftwerke betreibt. Mit Sonnenlicht und Wasser wandeln sie mit Hilfe der Photosynthese das Kohlen-dioxid aus der Atmosphäre in Energieträger wie Zucker um. Dieses Prinzip der Na-tur entlehnt Prof. Thomas Hannappel mit seinem Team für die direkte solare Brenn-stofferzeugung: die künstliche Photosynthese.

Treibstoff im Überfluss, kostengünstig und sauber, ist das Ziel der Energiewende in Deutschland. Dazu hat das Bundesforschungsministerium das Projekt DEPECOR („Direkte Effiziente Photoelektrochemische CO2-Reduktion“) aufgelegt. Koordiniert von der TU Ilmenau, arbeiten hochkarätige internationale Partner aus Wissenschaft und Industrie mit demselben Ziel zusammen: die TU München, das Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie Berlin, das Fraunhofer Institut für Solare Ener-giesysteme und die Azur Space Solar Power GmbH.

Gemeinsam mit dem renommierten California Institute of Technology, assoziierter Partner im DEPECOR-Projekt, ist es dem Team nun gelungen, bei der Umwandlung von Kohlendioxid in nutzbare Brennstoffe in einem alleinstehenden, solar betrie-benen Bauelement einen neuen Bestwert zu erzielen. Der Wirkungsgrad von über fünf Prozent bei einer Stabilität von mehr als 50 Stunden zeigt, dass mit dem innovativen, kom-plexen Verfahren aus CO2 tatsächlich hochwer-tige Brennstoffe erzeugt werden können: Etha-nol, Kohlenmonoxid und Methansäure. Die Er-gebnisse seiner Forschungsarbeiten veröffent-lichte Prof. Thomas Hannappel, Gewinner des Thüringer Forschungspreises 2022, im renom-mierten Wissenschaftsjournal „Advanced Energy Materials“: „Wenn es mir als Wissen-schaftler erlaubt ist zu träumen, werden wir mit künstlicher Photosynthese das Tor aufstoßen zu einer Welt, die mit grünen Energieträgern ent-scheidend zur Zuverlässigkeit unseres Energiesystems, einer großen Mobilität und einer stabilen Energiespeicherung beiträgt.“

Der wissenschaftliche Artikel ist im Wissenschaftsmagazin „Advanced Energy Materials“ publiziert: [W.-H. Cheng et al. Integrated Solar-Driven Device with a Front Surface Semitransparent Catalysts for Unassisted CO2 Reduction, Adv. Energy Mater. 2201062 DOI: 10.1002/aenm.202201062 (2022)].

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