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Durchbruch in Energiespeicher-Forschung: Solarzellen machen Sonnenlicht zu Wasserstoff

Berlin – Eines der großen Probleme der Energiewende ist die Speicherung von Energie – denn die ist nicht immer dann verfügbar, wenn sie gebraucht wird. Forscher haben jetzt einen vielversprechenden Durchbruch geschafft: Ihnen ist es gelungen, mit einer einfachen Solarzelle die Sonnenenergie chemisch in Form von Wasserstoff zu speichern. An der Technologie der künstlichen Photosynthese wird zwar bereits länger erfolgreich geforscht, doch sind die nun verwendeten Materialien deutlich günstiger und damit massentauglich.

Einfache Idee, große Wirkung
Die Idee ist simpel: Sonnenenergie nutzen, um in einer angeschlossenen Anlage Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu trennen, eine sogenannte Elektrolyse. Die Energie ist dadurch chemisch in den beiden Stoffen erhalten. Will man sie wieder freisetzen und verstromen, führt man die Stoffe in einer kontrollierten Reaktion wieder zusammen. Alternativ ließe sich der Wasserstoff auch in Methan-Gas umwandeln und in Erdgasautos nutzen. Doch aufgrund der hohen Kosten ist es daher am wirtschaftlichsten, den Wasserstoff schon direkt in der Zelle zu erzeugen. Dafür wird die Silizium-Solarzelle mit Metalloxid überzogen, die mit einer Wasserschicht in Kontakt kommt. Bei Sonneneinstrahlung entsteht Spannung, die das Wasser spaltet, ohne dass es zur Korrosion der Solarzelle kommt.

„Wir haben hier das Beste aus zwei Welten kombiniert. Wir nutzen die chemische Stabilität und den niedrigen Preis von Metalloxiden, bringen dies mit einer sehr guten, aber recht einfachen Silizium-Dünnschicht-Solarzelle zusammen und erhalten so eine günstige, sehr stabile und leistungsstarke Zelle“, erklärte Projektleiter Roel van de Krol nach Angaben der Online-Ausgabe des „Spiegel“. Die Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin und der TU Delft hatten die Technologie zuvor im Fachjournal „Nature Communication“ beschrieben.

Das Potential ist nach Angaben der Forscher enorm. Auf 100 Quadratmetern Zellen ließen sich in einer Sonnenstunde drei Kilowattstunden (KWh) Energie in Form von Wasserstoff speichern. Zwar liegt der Wirkungsgrad mit fünf Prozent noch unter bereits erreichten Werten. Doch dafür ist die Materialzusammensetzung aus Wismut-Vanadat deutlich günstiger als bisherige Kombinationen aus Gllium-Arsenidund oder Gallium-Indium-Phosphium. Das Forscherteam hält einen Wirkungsgrad von neun Prozent für möglich. Dann seien auch Anwendungen in Brennstoffzellen für Fahrzeuge denkbar.

Große Zuversicht in der Politik
Besonders für Bundesumweltminister Altmaier ist dieser Erfolg ein wichtiger Schritt, damit das Jahrhundertprojekt Energiewende gelingen kann. „Ich bin optimistisch, dass die Entwicklung der Forscher des Helmholtz-Zentrums und der Universität Delft dazu beitragen kann, Wasserstoff einfacher zu gewinnen, als das bisher der Fall ist“, sagte er der „Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung“. Die Bundesregierung unterstütze die Erforschung von Speichertechnologien mit 200 Mio. Euro, wofür ein Großteil davon für die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger verwendet werde.

Die energiepolitischen Sprecher von Grünen, CDU und SPD lobten den Erfolg der Forscher gleichermaßen und nannten die solare Wasserstofferzeugung eine „vielversprechende Zukunftstechnologie“, die „enormes Potential“ biete und eine „wichtige Rolle“ bei der Energiewende einnehmen werde.

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© IWR, 2013

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