Solarzelle atmet Wasserstoff aus: Direktproduktion aus Sonnenlicht macht das Energiegas wirtschaftlicher

Wasserstoff verbrennt ohne Schadstoffe zu hinterlassen, also ein idealer Energieträger. Meist wird er aus Erdgas hergestellt oder per Elektrolyse mit normalem Strom aus dem Netz. In beiden Fällen gibt es Emissionen, die die Umwelt belasten. In einigen Fällen wird ausschließlich Wind- und Solarstrom eingesetzt. Dann sieht die Bilanz für die Umwelt besser aus. Forscher am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) reduzieren jetzt die Erzeugung von Solarstrom mit anschließender Elektrolyse, bei der der begehrte Wasserstoff entsteht, auf einen einzigen Schritt. Sie entwickeln eine Solarzelle, in die Wasser hineingeschüttet wird. Die Kraft der Sonne spaltet es, sodass der Zelle Wasser- und Sauerstoff entweicht, streng getrennt natürlich. Roel van de Krol, Materialwissenschaftler am Institut für solare Brennstoffe des HZB und Koordinator des Projekts, spricht von einer atmenden Solarzelle.

Verzicht auf teure Werkstoffe

PECDEMO (photoelektrochemischer Demonstrationsaufbau) heißt das Projekt, das Mitte nächsten Jahres abgeschlossen werden soll. Die Forscher in Berlin integrieren in die Zelle eine winzige Elektrolyseeinheit, die den von der Sonne erzeugten Strom direkt verbraucht, um Wasser zu spalten. Etwa acht Prozent der Sonnenenergie lässt sich so in Form von Wasserstoff gewinnen. Es könnte weit mehr sein. Doch dann müssten van de Krol und sein Team auf teure Werkstoffe zurückgreifen. Ziel aber ist es, eine kostengünstige Technik zu entwickeln, mit der sich bei großtechnischem Einsatz Wasserstoff wirtschaftlich herstellen lässt.

Fünf Euro pro Kilogramm sind das Ziel

„Wir versuchen, drei Punkte gleichzeitig im Blick zu haben: hohe Effizienz, Stabilität und geringe Kosten“, sagt van de Krol. Aber auch so sei es eine Herausforderung, ein Kilogramm Wasserstoff für etwa fünf Euro herzustellen – diese Marke gilt als erster Schritt zur wirtschaftlichen Produktion. Als Lichtfänger nutzt das Team Oxide von gängigen Metallen. Silizium wandelt es in Strom um. Zwischen den Oxiden und einer Elektrode wird eine Spannung aufgebaut, die das Wasser spaltet.

Ende des fossilen Zeitalters?

Preiswerter Wasserstoff, bei dessen Herstellung keine Schadstoffe frei werden, könnte das Ende des fossilen Zeitalters einläuten. Er kann direkt genutzt, mit Kohlendioxid zu synthetischem Erdgas verschmolzen oder in Flüssigtreibstoffe wie Benzin und Diesel umgewandelt werden.