Effizienter als die Natur

Die Idee, die Photosynthese technisch nachzubilden, ist schon über 100 Jahre alt. Bereits 1912 kam der italienische Chemiker Giacomo Ciamician auf die Idee, mit Hilfe von Sonnenlicht Treibstoffe herzustellen, die fossile ersetzen sollten. Doch erst seit Beginn des 21. Jahrhunderts beschäftigen sich Forscher sehr intensiv damit. Einer der Vorreiter ist Daniel Nocera vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), inzwischen arbeiten Forscher weltweit an Photokatalysatoren.Stellenmarkt

Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung ist bereits deutlich besser als der eines natürlichen Blattes. Der liegt bei unter einem Prozent. Die künstlichen Blätter schaffen 19 Prozent. „Also wir sind also schon ziemlich gut“, sagt Klassen. Allerdings bezieht sich der genannte Wert auf den Labormaßstab, nämlich auf eine Zelle mit einer Fläche von einem Quadratmillimeter.

Beim Hochskalieren treten Probleme auf, die es bei den Zellen im Labormaßstab nicht gibt, die aber die Effizienz senken. „Auf größerem Maßstab wird alles ein bisschen komplexer“, sagt Klassen. Die Ladungsträger müssten längere Wege zurücklegen und der innere Widerstand der Zelle müsse berücksichtigt werden.

Die Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas ist wenig umweltfreundlich. In Norwegen startet 2020 eine grünere Produktion mit regenerativer Energie. Auch in Österreich läuft ein Projekt – von Siemens. Wasserstoff

„Unsere Spezialität ist nicht, das eigentliche Material zu entwickeln“, sagt Klassen. Die Aufgabe, der er und sein Team nachgehen, ist vielmehr, die Zellen, die im Labormaßstab gut funktionieren, zur Serienreife zu bringen. „Unsere Spezialität ist: Wie macht man dann daraus eine Zelle?“

Kleine Zellen für große Flächen

Es kommt auf das Zelldesign an. Unter einem Rasterkraftmikroskop betrachten die Wissenschaftler die Reaktion. So können sie sehen, an welchen Stellen der Zelle die Reaktion besonders gut erfolgt. Das Design können sie dann auf die ganze Fläche übertragen. Zusammen mit Kollegen an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg haben die Geesthachter ein Verfahren entwickelt, um kostengünstig auch große Flächen der Zellen zu beschichten.

Derzeit erreichen die großen Zellen etwa die Hälfte der Effizienz der Laborzellen. „Da ist noch ein bisschen Luft“, sagt Klassen. „Ich denke, wenn wir das analysiert und verstanden haben und gezielt die richtigen Bedingungen einstellen, dann können wir auch noch deutlich weiter kommen als bisher.“ Mit dem richtigen Zelldesign werde es möglich sein, die Werte aus dem Labor auch im großen Maßstab zu erreichen, ist Klassen überzeugt.

Bis dahin wird es aber noch etwas dauern.

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