Kleiner Reaktor erzeugt Wasserstoff dank selbst erzeugtem Solarstrom

Das vom Fraunhofer-Institut vorgestellte Modul stellt die All-in-One-Lösung für die Wasserstoffproduktion dar. Das Komplettsystem kann Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, wozu ausschließlich Elektrizität genutzt wird, die es selbst erzeugt.

Genannt wird dieses Element zur direkten solaren Aufspaltung von Wasser photoelektrochemische Zelle, im Englischen kurz PEC. Das macht aus dem kleinen Gerät ein Tandem-PEC-Modul. Es soll eingesetzt werden, um möglichst flexibel und ohne umfangreiche Aufbauten Wasserstoff für die weitere Nutzung zu erzeugen.

Ganz unkompliziert war die Entwicklung bis zu diesem Punkt allerdings nicht. Wasserstoff ist nicht nur sehr flüchtig. Vermischt er sich nach der Erzeugung mit dem ebenfalls produzierten Sauerstoff, kann es zur sogenannten Knallgas-Reaktion kommen. Hier sagt der Name eigentlich schon alles.

Innerhalb der Tandem-Zelle müssen somit zwei strikt voneinander getrennte Bereiche existieren. Das funktioniert mit einer Glasscheibe, die auf beiden Seiten mit einem halbleitenden Material beschichtet ist. Die obere Schicht absorbiert nur kurzwelliges Licht. Die untere Seite wandelt das langwellige Licht in Strom um.

So lässt sich unten Wasserstoff und oben Sauerstoff erzeugen. Der Wasserstoff wird abgefangen und kann anschließend gespeichert werden, auch wenn sich das durchaus aufwendig gestaltet.

Als Komplettlösung muss ansonsten nur noch Sonne scheinen, Wasser zur Verfügung stehen und die Produktion kann starten. Feldversuche sind laut Fraunhofer-Institut bereits in größerem Umfang durchgeführt worden.

So reicht die mitteleuropäische Sonne, also eher wenig Sonnenlicht, um aus einem einzelnen Tandem-PEC-Modul mit einer aktiven Fläche von einem halben Quadratmeter 150 Gramm reinen Wasserstoff im Jahr zu erzeugen. Mit 100 Quadratmetern ergäben sich immerhin 30 Kilogramm. Damit käme ein Wasserstoff-Fahrzeug schon einmal 3.000 Kilometer weit.

Allerdings muss an der Effizienz noch etwas gearbeitet werden. Betrachtet man nur die Energie, die sich gewinnen lässt, schafft eine kommerzielle Solarzelle im selben Sonnenlicht die 20-fache Menge. Das Prinzip, aus einem einzelnen Element direkt Wasserstoff zu erhalten, ist aber in jedem Fall weitere Mühen wert, bis der Wirkungsgrad praktikable Werte erreicht.