Wasserstoff gilt heute weitgehend unwidersprochen als eine sehr aussichtsreichsten Möglichkeit, größere Mengen Energie längere Zeit zwischenspeichern zu können. Der konventionelle Weg zu „Grünem Wasserstoff“ geht heute über die Gewinnung regenerativen Stroms aus Wind- und Solarenergie. Mit dem so gewonnenen elektrischen Strom wird dann Wasser mit Hilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Es sind also mehrere Prozessschritte notwendig mit charakteristischen Verlusten bei der Umwandlung.
Das Projekt „H2Demo“ ist eines von mehreren Forschungsprojekten, die diesen Weg „abkürzen“ wollen. Anstatt zunächst mit Solarmodulen elektrischen Strom zu produzieren, der dann in einem separaten PEM-Elektrolyseur Wasser in seine Elemente aufteilt, geht man bei H2Demo weiter. Durch Nutzung von Tandemzellen in den Solarmodulen wird die kritische Mindestspannung von 1,6 V für die Wasser-Elektrolyse erreicht. Lässt man nun das Wasser über diese Tandem-Solarzellen fließen, wird in dem anspringenden photoelektrochemischen Prozess auf der einen Seite Wasserstoff und auf der anderen Seite des Halbleitermaterials Sauerstoff gebildet.
Noch befindet sich diese Entwicklung in einem frühen Stadium, denn der chemische Abbau der beteiligten Werkstoffe durch das stark polare Wasser und die entstehenden Gase ist noch viel zu stark und führt innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit (eher Tage denn Wochen) zu einem Leistungsabfall. Allerdings sind die sich bietenden Vorteile so groß, dass „H2Demo“ mit 14 Millionen Euro durch das BMBF gefördert wird. An dem Projekt sind AZUR SPACE, Helmholtz Zentrum Berlin, HQ Dielectrics, LayTec AG, Philipps Universität Marburg, Plasmetrex GmbH, SEMPA, Technische Universität Ilmenau, Technische Universität München und die Universität Ulm beteiligt.
Doch auch anderswo wird daran geforscht, auf diese Weise dezentral Wasserstoff herzustellen. So könnte die häusliche Dachfläche dazu genutzt werden, neben Solarstrom auch direkt Wasserstoff herzustellen, der dann vor Ort z.B. als Energiespeicher für die Dunkelphase im Winter eingesetzt werden kann.
Ein Team der Australian National University hat vergangenes Jahr eine Solar Water Splitting Zelle vorgestellt, die ein Solar-zu-Wasserstoff-Wirkungsgrad von 13,6% hat. Allerdings ist die massentaugliche Reproduktion dieses hohen Laborwert noch in fernerer Zukunft. Doch auch das Unternehmen SunHydrogen forscht an geeigneten Photo-Katalysatoren-Konstruktionen, die eine hohe und zugleich langlebige Umwandlung von Wasser in Wasserstoff ermöglichen.
© Gerald Friederici 01/2022