Solare Brennstoffe / Katalyse
Wir entwickeln Materialien, die mithilfe der Sonnenenergie Wasser in Wasserstoff umwandeln. PECSYS Labor in Adlershof © HZB / P. Dera
Solare Brennstoffe
Sonnenenergie steht nicht rund um die Uhr zur Verfügung. Sie lässt sich aber speichern – durch einen Prozess, der auch in Pflanzen stattfindet: Licht kann Wasser spalten, wobei neben Sauerstoff auch Wasserstoff entsteht, den man als Energiespeicher nutzen kann. Das Gas kann man lagern oder transportieren. Bei Bedarf lässt es sich ins Erdgasnetz einspeisen oder zu Methan weiterverarbeiten. Mit Wasserstoff können Fahrzeuge betankt werden. Und nicht zuletzt können Brennstoffzellen mit Wasserstoff sauberen Strom erzeugen.
Um solaren Wasserstoff zu erzeugen, kombinieren wir Halbleiterschichten mit Photoelektroden und Katalysatoren zu einem künstlichen Blatt. Noch sind die Materialsysteme nicht stabil und leistungsfähig genug, um in der Praxis eingesetzt zu werden. Mehrere Forschungsgruppen am HZB, unter anderem das Institut für Solare Brennstoffe, arbeiten daran, das zu ändern. Sie entwickeln unter anderem Elektroden und Katalysatoren aus preiswerten Metalloxidverbindungen.
Forscherinnen und Forscher arbeiten daran, katalytische Reaktionen effizienter zu machen. Foto: HZB/M. Setzpfandt
Katalyse und Umwandlung von Kohlendioxid in chemische Grundstoffe
Die Emissionen von klimaschädlichem Kohlendioxid (CO2) zu reduzieren, ist eine große gesellschaftliche Herausforderung. Am HZB forschen wir daran, mit erneuerbaren Energien Kohlendioxid elektrochemisch umzuwandeln. Dadurch entstehen Kohlenwasserstoffe wie Methan, Methanol oder Ethylen, die wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie sind.
Doch bei vielen katalytischen Reaktionen ist die Stabilität derzeitiger Katalysatoren oft zu gering, und sie arbeiten nicht immer effizient. Deshalb untersuchen wir die elektronischen und elektrokatalytischen Eigenschaften der Materialien in „Echtzeit“ und unter Reaktionsbedingungen. Dadurch soll die Energieeffizienz, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute bei der CO2-Katalyse verbessert werden.
Diesem Forschungsziel stellen wir uns mit starken Partnern: Im Exzellenzcluster „UniSysCat“ arbeiten die Berliner Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen in einen großen interdisziplinären Netzwerk zusammen. Dabei bringt das HZB Kompetenzen in der Materialsynthese von Dünnschicht-Absorbern, in der Photoelektrochemie und zeitaufgelöster optischer Spektroskopie ein.