23/05/2012 - Wasserstoff aus künstlichen Blättern

Menéame

Ein Team der Universitat Jaume I hat ein "künstliches Blatt" entwickelt, ein Halbleitergerät, das Wasserstoff mit Sonnenlicht erzeugt.

Die Technologie ist von der Photosynthese der Pflanzen inspiriert.

Forscher der Gruppe der Photovoltaik- und Optoelektronischen Geräte der Universität Jaume I unter der Leitung von Professor Juan Bisquert haben - unter Verwendung von Nanotechnologie - ein Gerät entwickelt, das Halbleitermaterialien als wässriges Medium Wasserstoff wird unabhängig erzeugt. Dazu wird nur Sonnenlicht verwendet.

Künstliche Photosynthese

Diese Technologie, die den Namen "Kunstfotosynthese" trägt, ist von der Photosynthese in der Natur inspiriert (Prozess, bei dem die Pflanzen die Solarenergie nutzen, um die organische Materie in organische Verbindungen umzuwandeln, indem sie die in den Verbindungen des Adenosintriphosphat-ATP-Molekulars gespeicherte chemische Energie freisetzt und Energieverbindungen wie Zucker und Kohlenhydrate erhält).

Wasserstoff ist ein sehr reichliches Element auf der Oberfläche der Erde, aber in seiner Form kombiniert mit Sauerstoff: Wasser (H2O). Das Wasserstoffmolekül (H2) enthält eine Menge Energie, die freigesetzt werden kann, wenn es durch die Reaktion mit atmosphärischem Sauerstoff verbrannt wird, was als einzige Rest des Verbrennungsprozesses Wasser. Um das Wasser in Brennstoff (H2) umzuwandeln, muss das H2O-Molekular durch Trennung seiner Bestandteile gebrochen werden, und damit der Prozess auf erneuerbare Weise (ohne Nutzung fossiler Untergrundreserven) durchgeführt wird, muss ein Gerät verwendet werden, das die Sonnenenergie nutzt, und ohne weitere Hilfe die chemischen Reaktionen des Wasserbrechens und der Wasserstoffbildung durchführen, ähnlich wie die Blätter der Pflanzen. Deshalb werden diese Geräte als künstliches Blatt bezeichnet.

"Obwohl die Energieeffizienz des Gerätes derzeit nicht ausreicht, um über sein Marketing nachzudenken, erforschen wir verschiedene Wege, um seine Effizienz zu verbessern und zu zeigen, dass diese Technologie eine echte Alternative zur Deckung des Energiebedarfs des 21. Jahrhunderts darstellt," sagt Sixto Giménez, einer der für die Arbeit zuständigen Forscher.

Wasserstoff-Gas-Bläschen

Das Gerät wird in die wässrige Lösung eingetaucht und wenn es mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, erzeugt es Wasserstoffgasblasen. In einem ersten Schritt hat die Forschungsgruppe eine Lösung mit einem Oxidationsmittel verwendet und untersucht die Entwicklung des durch Photonen erzeugten Wasserstoffs. "Die wichtigste Herausforderung ist nun - so Ivan Mora, Mitglied des Teams, das das Gerät entwickelt hat -, die physikalisch-chemischen Prozesse zu verstehen, die im Halbleitermaterial und auf seiner Schnittstelle mit dem wässrigen Medium zur Straffung des Optimierungsprozesses des Geräts entstehen."

Die Entwicklung des künstlichen Blattes stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar, da es schwierig ist, die am Prozess beteiligten Materialien so auszuwählen, dass sie kontinuierlich arbeiten und nicht zerfallen. Derzeit ist die Gruppe der Photovoltaik- und Optoelektronischen Geräte der Universitat Jaume I eine der wenigen weltweit tätigen Forschungsgruppen, die die Lebensfähigkeit eines solchen Geräts unter Beweis gestellt haben, zusammen mit den amerikanischen MIT-Laboren in Boston oder NREL in Denver (USA).

Der Leiter der Forschungsgruppe Juan Bisquert erklärt: "Im Vergleich zu anderen Geräten hat die von der UJI entwickelte einen Vorteil durch ihre niedrigen Produktionskosten und eine stärkere Sammlung von Photonen-Lichtereignissen, die für die Produktion von Photon-Wasserstoff auch des Infrarotspektrums verwendet werden."

Die effiziente Herstellung von Wasserstoff mit Halbleitern und Sonnenlicht stellt nach Ansicht der Projektträger eine entscheidende Herausforderung dar, um eine Umstellung des Energiemodells auf eine nachhaltige, auf unerschöpflichen und umweltverträglichen Ressourcen basierende Umwandlungstechnologie zu erreichen. An den Experimenten mit diesem Gerät nahmen auch andere Forschungsgruppen wie Eva Maria Barea, Francisco Fabregat, Roberto Trevisan, Maria Victoria González, Pau Rodenas, Pablo P. Boix und Laura Badía.

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