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Home Top-Thema Chemie

Son­der­for­schungs­be­reich zur Solarenergiewandlung

30. Mai 2022
in Chemie, Energieeffizienz & Nachhaltigkeit, Fokus
0 0

Prof. Dr. Sven Rau Institute für Anorganische Chemie 1

Das Son­nen­licht als Quel­le für die kli­ma­freund­li­che Ener­gie­ver­sor­gung nut­zen: Lan­ge vor gro­ßen Initia­ti­ven wie dem euro­päi­schen „Green Deal“ oder der „natio­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie“ hat der Trans­re­gio-Son­der­for­schungs­be­reich Catal­Light mit der Ent­wick­lung che­mi­scher Solar­ener­gie­wand­ler begon­nen. Das wich­tigs­te Vor­bild des Kon­sor­ti­ums von den Uni­ver­si­tä­ten Ulm und Jena ist die natür­li­che Pho­to­syn­the­se. Nach vier erfolg­rei­chen Jah­ren auf dem Weg zur dezen­tra­len Erzeu­gung von grü­nem Was­ser­stoff wur­de nun die Wei­ter­fi­nan­zie­rung des Trans­re­gio-SFBs beschlos­sen. Die Deut­sche For­schungs­ge­mein­schaft för­dert den SFB/Transregio 234 „Licht­ge­trie­be­ne mole­ku­la­re Kata­ly­sa­to­ren in hier­ar­chisch struk­tu­rier­ten Mate­ria­li­en – Syn­the­se und mecha­nis­ti­sche Stu­di­en“ bis 2026 mit mehr als 12 Mil­lio­nen Euro.
Gro­ßer Erfolg für die Uni­ver­si­tä­ten Jena und Ulm: In den kom­men­den vier Jah­ren wer­den inter­dis­zi­pli­när For­schen­de im Trans­re­gio-SFB Cata­Light die licht­ge­trie­be­ne Was­ser­spal­tung wei­ter vor­an­trei­ben. Ein Schlüs­sel ist die Opti­mie­rung von Kata­ly­se­ma­te­ria­li­en und
‑metho­den. Frü­he­re Sys­te­me zur Umwand­lung von Son­nen­licht in che­mi­sche Ener­gie waren näm­lich rela­tiv insta­bil: Durch die Ein­bet­tung der licht­ge­trie­be­nen Kata­ly­sa­tor­mo­le­kü­le in wei­che Mate­rie ist es dem Kon­sor­ti­um aus Che­mie, Phy­sik und Mate­ri­al­wis­sen­schaf­ten in der ers­ten För­der­pha­se gelun­gen, die­sen Pro­zess zu sta­bi­li­sie­ren und zu steuern.
Als Haupt­ziel des nun ver­län­ger­ten Son­der­for­schungs­be­reichs sol­len Grund­la­gen für die effi­zi­en­te Erzeu­gung von CO2-neu­tra­lem Was­ser­stoff auf dezen­tra­ler Basis geschaf­fen wer­den. Die Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten sind viel­fäl­tig und rei­chen von der mobi­len, solar­be­trie­be­nen Was­ser­stoff­tank­stel­le bis zur kli­ma­freund­li­chen Strom- und Wär­me­ver­sor­gung von Wohnhäusern.
Ers­te För­der­pha­se: Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on bei Dun­kel­heit und Reparaturmechanismen
In der ers­ten För­der­pha­se haben die SFB-For­schen­den wich­ti­ge Schrit­te auf dem Weg zur umwelt­freund­li­chen Her­stel­lung von sola­ren Brenn­stof­fen gemacht. „Die For­schungs­grup­pen an den Uni­ver­si­tä­ten Ulm und Jena ergän­zen sich per­fekt. Gemein­sam haben wir mole­ku­la­re Bau­stei­ne für die Solar­ener­gie­wand­lung ent­wi­ckelt, geprüft und ver­knüpft. Dabei konn­ten wir grund­le­gen­de Erkennt­nis­se zum Auf­bau von licht­ge­trie­be­nen Kata­ly­sa­to­ren gewin­nen, um eine hoch­ef­fi­zi­en­te Ener­gie­wand­lung durch­zu­füh­ren“, erklärt SFB-Spre­cher Pro­fes­sor Sven Rau, Lei­ter des Insti­tuts für Anor­ga­ni­sche Che­mie I an der Uni­ver­si­tät Ulm.
Kon­kre­te Erfol­ge der ers­ten För­der­pe­ri­ode rei­chen von der Ent­wick­lung eines kom­pak­ten Ein­zel­mo­le­kül­ka­ta­ly­sa­tors, der dank Licht­ener­gie­spei­che­rung sola­ren Brenn­stoff bei Dun­kel­heit pro­du­zie­ren kann, bis zu einem mole­ku­la­ren Repa­ra­tur­me­cha­nis­mus für Pho­to­ka­ta­ly­sa­to­ren. In Anleh­nung an die natür­li­che Pho­to­syn­the­se kann die licht­ge­trie­be­ne Was­ser­stoff­bil­dung vie­le Male mit dem­sel­ben Mole­kül erfol­gen, was das Sys­tem deut­lich lang­le­bi­ger macht. Bei der Begut­ach­tung durch die DFG beson­ders posi­tiv her­vor­ge­ho­ben wur­de zudem das Schul­pro­jekt von Cata­Light: Die For­schen­den haben Unter­richts­ma­te­ria­li­en zum The­ma künst­li­che Pho­to­syn­the­se kon­zi­piert und für den Che­mie­un­ter­richt in Gym­na­si­en bereitgestellt.
Nächs­tes Ziel: Weg von sel­te­nen Materialien
In der zwei­ten För­der­pha­se ab Juli 2022 sol­len die Solar­ener­gie­wand­ler nach­hal­ti­ger gestal­tet wer­den: Der­zeit fin­den sich noch sel­te­ne Mate­ria­li­en wie Ruthe­ni­um, Pla­tin oder Rho­di­um in den Kata­ly­sa­to­ren oder Pho­to­zen­tren. Die­se öko­lo­gisch bedenk­li­chen Kom­po­nen­ten sol­len durch leich­ter ver­füg­ba­re Alter­na­ti­ven ersetzt wer­den. Orga­ni­sche Farb­stof­fe, wie sie in Jena erforscht wer­den, könn­ten das Pro­blem lösen. Ihre Insta­bi­li­tät lässt sich womög­lich durch die im SFB ent­wi­ckel­ten Repa­ra­tur­me­cha­nis­men in den Griff bekom­men. „Außer­dem wer­den wir in der zwei­ten För­der­pha­se die Mate­ri­al­ver­knüp­fung in den Solar­ener­gie­wand­lern opti­mie­ren. Ziel ist ein licht­ge­trie­be­ner Pro­zess mit gekop­pel­ter Oxi­da­ti­on und Reduk­ti­on. Dazu kommt die Wei­ter­ent­wick­lung phy­si­ko­che­mi­scher Ana­ly­se­me­tho­den“, erklärt Pro­fes­sor Ben­ja­min Diet­zek-Ivanšić von der Uni­ver­si­tät Jena, der in der zwei­ten För­der­pha­se das Spre­cher­amt über­nimmt. Das Fern­ziel des Trans­re­gio-Son­der­for­schungs­be­reichs lau­tet: Die Her­stel­lung künst­li­cher Chlo­ro­plas­ten nach dem Vor­bild der Natur. Die­se pflanz­li­chen Zell-Bestand­tei­le sind für die Pho­to­syn­the­se zuständig.

Katalyselsung1 


 
 
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Tags: ChloroplastenPhotosyntheseWasserstoffproduktion
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