Uni Köln: Sonnenenergie aus Meerwasser

Nachhaltige und zugleich effiziente Energiequellen sind essentielle Bausteine der Energiewende um traditionelle Energieträger, wie Kohle, Öl und Gas durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen. Hierbei werden neben der Erzeugung auch vor allem neue Technologien zur Zwischenspeicherung benötigt, welche eine effektive, zeitunabhängige Nutzung der gewonnenen Energie ermöglichen. Wasserstoff wird hierbei als ein grundlegender Energieträger der Zukunft gehandelt, der in Form von Wasser im Überfluss vorhanden ist, und aufgrund seiner Speicherfähigkeit vor allem für die zukünftige Elektromobilität der Gesellschaft als essentieller Baustein fungieren wird.
Die umweltfreundliche Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger basiert auf der elektrolytischen Zersetzung von Wasser durch elektrische Energie aus Windkraft oder Photovoltaikanlagen. Jedoch ist auch eine direkte photokatalytische Spaltung von Wasser mit Hilfe geeigneter Katalysatoren möglich, ohne den Umweg über eine vorgeschaltete Stromerzeugung nehmen zu müssen, und damit einhergehende Verluste zu minimieren.
Die direkte Spaltung von Meerwasser wird in dem, von der Universität zu Köln koordinierten, europäischen Verbundprojekt SOLAROGENIX (Visible-Light Active Metal Oxide Nano-catalysts for Sustainable Solar Hydrogen Production, NMP4-SL-2012-310333) erforscht. In dem bis 2016 laufenden Forschungsvorhaben, mit einem Gesamtbudget von insgesamt 3,9 Millionen Euro, werden in Zusammenarbeit von Forschungsinstituten und der Industrie neuartige anorganische Photokatalysatoren entwickelt, mit deren Hilfe in einem einfachen, umweltfreundlichen und skalierbaren Prozess Meerwasser durch Sonnenlicht direkt in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden kann.
Dieses Forschungsvorhaben zielt neben der Grundlagenforschung der Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Finnland, Italien, Polen, Spanien und der Schweiz, auch auf die industrielle Anwendung dieser neuen Technologie, welche von zwei Industriepartnern (Siemens AG, Berlin und Sachtleben Pigment GmbH, Krefeld) getragen wird.
Die photoelektrochemische Wasserspaltung wurde bereits in den 60er  Jahren des vergangenen Jahrhunderts erstmals wissenschaftlich beschrieben, jedoch waren die dazu nötigen Bedingungen bislang nicht für eine kommerzielle Nutzung dieser Technologie geeignet. Die Kombination nanostrukturierter anorganischer Photokatalysatoren und industriell etablierter Herstellungsmethoden erlauben es nun, auf molekularer Ebene Einfluss auf die Zusammensetzung und Struktur der Katalysatoren zu nehmen, um sie anschließend in Modulgröße herzustellen und sie somit für eine kommerzielle Anwendung nutzbar zu machen.
Diese Entwicklungen werden von theoretischen Berechnungen und Simulationen der Materialeigenschaften grundlegend unterstützt und begleitet, so dass von der theoretischem Modellierung, über die Synthese und Charakterisierung der neuartiger Photokatalysatoren, bis hin zum Bau eines funktionsfähigen Prototypen in Modulgröße die komplette Innovationskette dieser Technologie im Projekt SOLAROGENIX abgebildet wird.