Wasserstoff oder Kraftstoff auf dem eigenen Dach produzieren
Wasserstoff oder Kraftstoff auf dem eigenen Dach produzieren? Das soll funktionieren? Ja. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben gemeinsam mit kanadischen Partnern bedeutende Fortschritte in der künstlichen Fotosynthese erzielt. Ihr Ziel ist es, Wasserstoff, Kraftstoffe und sogar Trinkwasser kostengünstig mithilfe von Fotoreaktormodulen auf Dachflächen oder in Solarparks zu produzieren. Da soll sogar im kleinen Maßstab aufdem hausdach funktionieren.
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Wasserstoff oder Kraftstoff durch Prozess ähnlich wie die natürlichen Fotosynthese
Die künstliche Fotosynthese nutzt Sonnenlicht, um chemische Reaktionen durchzuführen. Ähnlich wie in der natürlichen Fotosynthese wird dabei die Energie von Photonen genutzt, um chemische Reaktionen anzutreiben. „Wir kennen bereits verschiedene Fotokatalysatoren, mit denen beispielsweise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff oder klimaneutrale Kraftstoffe aus Wasser und Kohlendioxid umgewandelt werden können“, erklärt Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. Bisher war diese Technologie jedoch hauptsächlich im Labor anzutreffen, da die Kosten für die Produktion von solarem Wasserstoff zu hoch waren. Dank eines neuen Konzepts für hocheffiziente Fotoreaktorpaneele, die in kostengünstigen Modulen verbaut werden können, ist der Forschungsgruppe nun jedoch ein entscheidender Schritt in Richtung Praxis gelungen.
Das optimierte Reaktorkonzept besteht aus mikrostrukturierten Polymerpaneelen, die mit Aluminium beschichtet sind, um eine hohe Reflektivität für das Sonnenlicht zu gewährleisten. Dadurch wird sichergestellt, dass das einfallende Sonnenlicht den Fotokatalysator ideal zum Laufen bringt und vor allem auch am Laufen hält, unabhängig von der Einstrahlrichtung oder der Position der Sonne am Himmel. Diese Fotoreaktorpaneele ermöglichen optimale Betriebsbedingungen und einen effizienten Transport des Lichts zum Fotokatalysator über den gesamten Tagesverlauf.
Solarmodule sehr günstig herstellbar
Die Forscher schätzen die Kosten für die dachtauglichen Wasserstoff-Fotoreaktormodule auf zunächst etwa 22 US-Dollar pro Quadratmeter. Das ist bereits recht günstig. Durch den Einsatz kostengünstiger Materialien und etablierter Massenfertigungsverfahren streben sie zudem eine weitere deutliche Kostensenkung an. Damit könnten zukünftige Fotoreaktormodule effizient für verschiedene Anwendungszwecke ausgelegt werden. Eben auch für das Dach auf ganz normalen Häusern. Und das bei sehr geringen Investitionskosten. Wasserstoff oder Kraftstoff auf dem eigenen Dach produzieren wird damit nicht nur machbar sondern auch günstig machbar sein.
Hintergrundwissen: Wie funktioniert Fotosynthese?
Die Fotosynthese ist ein lebenswichtiger, biologoscher Prozess, der von Pflanzen, Algen und manchen Bakterien durchgeführt wird. Sie ermöglicht diesen Organismen, die einfallende Lichtenergie der Sonne in chemische Energie umzuwandeln, die in Form von Glukose (einem Einfach-Zucker) gespeichert und dann bei bedarf verbraucht wird. Hier ist eine grundlegende Erklärung, wie die Fotosynthese abläuft:
- Lichtabsorption: Pflanzen besitzen in ihren Blättern spezielle Zellorganellen namens Chloroplasten, die Pigmente enthalten, darunter das grüne Chlorophyll. Diese Pigmente absorbieren Lichtenergie, insbesondere aus dem sichtbaren Bereich des Lichtspektrums des Sonnenlichtes.
- Lichtreaktionen: In den Thylakoidmembranen der Chloroplasten finden die ersten Stufen der Fotosynthese statt. Die absorbierte Lichtenergie spaltet Wassermoleküle in Sauerstoff, Protonen (H⁺-Ionen) und Elektronen. Diese Elektronen werden durch eine Kette von Proteinen, dem Elektronentransport, transportiert, wobei ein Protonengradient erzeugt wird.
- ATP-Produktion: Der Protonengradient wird genutzt, um Protonen zurück durch die Thylakoidmembran zu pumpen. Dies erzeugt eine Energiequelle, die zur Produktion von Adenosintriphosphat (ATP), einer universellen Energiequelle in Zellen, genutzt wird.
- Kohlenstofffixierung (Calvin-Zyklus): Der zweite Teil der Fotosynthese findet im Stroma, dem flüssigen Teil des Chloroplasten, statt. Hier wird CO₂ aus der Luft aufgenommen und mit Hilfe von ATP und NADPH (einem anderen Energieträger) in Glukose umgewandelt. Dieser Prozess wird als Kohlenstofffixierung oder Calvin-Zyklus bezeichnet. Dabei entsteht Sauerstoff (O₂) als „Abfallprodukt“ und wird an die Umwelt abgegeben.
Die Fotosynthese kann also in zwei Hauptphasen unterteilt werden: die Lichtreaktionen, bei denen Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird, und der Calvin-Zyklus, bei dem Kohlendioxid in Glukose umgewandelt wird. Dieser Prozess ist von grundlegender Bedeutung für das Leben auf der Erde, da er die Grundlage für die Nahrungsproduktion und den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre bildet.
2 Comments
Andreas V.
Haha, Fotosynthese, aber Photonen … !
Redaktion
Hallo.
Haha! Klugscheißen ist auch eine Art Stuhlgang. Die vom Duden empfohlene offizielle Schreibweise ist „Fotosynthese“, aber auch „Fotovoltaik“!
https://www.duden.de/rechtschreibung/Fotosynthese.