Strom durch künstliche Photosynthese

Künstliche Photosynthese gilt als vielversprechende Idee, um saubere Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Dabei wird Wasser photoelektrochemisch in seine Bestandteile H₂ und O₂ aufgetrennt und gespeichert. Bei der späteren Vereinigung der chemischen Elemente in einer Brennstoffzelle entsteht elektrischer Strom. PB: Empa
Künstliche Photosynthese gilt als vielversprechende Idee, um saubere Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Dabei wird Wasser photoelektrochemisch in seine Bestandteile H₂ und O₂ aufgetrennt und gespeichert. Bei der späteren Vereinigung der chemischen Elemente in einer Brennstoffzelle entsteht elektrischer Strom. PB: Empa
Künstliche Photosynthese gilt als vielversprechende Idee, um saubere Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Dabei wird Wasser photoelektrochemisch in seine Bestandteile H₂ und O₂ aufgetrennt und gespeichert. Bei der späteren Vereinigung der chemischen Elemente in einer Brennstoffzelle entsteht elektrischer Strom. PB: Empa

Saubere Energie aus Wasser und Sonnenlicht

(WK-intern) – Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.

Um saubere Energie zu erhalten, ist es entscheidend, mit welcher Methode Wasser vorher in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgetrennt wird.

Forschende der Empa und der Universität Basel untersuchen, wie sich Sonnenlicht zu diesem Zweck einsetzen lässt. Die Fachzeitschrift «Chemical Communications» hat ihre neusten Resultate veröffentlicht.

Saubere und erneuerbare Energiequellen zu entwickeln, ist eine der grossen Herausforderungen unserer Zivilisation. Die künstliche Photosynthese scheint dabei einer der erfolgversprechendsten Ansätze zu sein. Dabei wird Wasser photoelektrochemisch, d.h. mithilfe von Sonnenlicht, in seine Bestandteile H₂ und O₂ aufgetrennt und gespeichert. Bei der späteren Vereinigung der chemischen Elemente entsteht elektrischer Strom. Die Empa-Forscher Rita Toth und Artur Braun arbeiten gemeinsam mit den Basler Chemikern Catherine Housecroft und Edwin Constable an der Realisierung dieser Methode.

Die nachhaltige Brennstoffzelle

Die Spaltung von Wasser (H₂O) besteht aus zwei Teilreaktionen, die mithilfe von unterschiedlichen Katalysatoren umgesetzt werden: die Wasseroxidation (dabei entsteht O₂) und die Wasserreduktion (dabei entsteht H₂), wobei die erste die anspruchsvollere der beiden Reaktionen ist. Die Forschung widmet sich deshalb intensiv der Entwicklung von effizienten und nachhaltigen Wasseroxidationskatalysatoren.

Ein wichtiger Faktor in der Realisierung der photoelektrochemischen Brennstoffzelle ist die präzise Anordnung der einzelnen Bestandteile. «Tut man das nicht, ist es, als würde man alle Einzelteile einer Uhr in einen Sack werfen, schütteln und dann darauf hoffen, die Zeit ablesen zu können», erklärt Prof. Edwin Constable von der Universität Basel.

Um die perfekte Anordnung der Katalysatoren zu eruieren, hat das Team ein Modell zur Wasseroxidation entwickelt, welches zwar mit Strom betrieben wird, aber die gleichen chemischen Zwischenzustände wie Licht generiert. Dabei verwendeten sie das chemische Element Ruthenium als Katalysator. Den Forschern ist es also gelungen, eine durch Lichtstrahlung betriebene Brennstoffzelle zu simulieren. Mithilfe dieses Modells konnten sie dann die Position und Effizienz der einzelnen Bestandteile testen.

PM: EMPA

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