Neue Materialien für die Solarbrennstofftechnologie
Die Erzeugung von Syngas (das in erster Linie aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid besteht) aus Wasser und Sonnenlicht ist der erste Schritt bei der Herstellung von solarem Brennstoff, eine Alternative zu fossilen Brennstoffen. Forscher suchen nach besseren Katalysatoren und lichtabsorbierenden Materialien für diese Reaktion, um eine brauchbare Photosynthetische Vorrichtung in einem nutzbaren Maßstab zu montieren. Katalysatoren, die aus reichlich vorkommenden Erdmetallen anstatt aus Edelmetallen und billigen Materialien hergestellt werden, die Licht effizient aus dem gesamten Sonnenspektrum absorbieren, wären ideal. Das EU-geförderte Projekt CO2SF (Solar fuel chemistry: Design and development of novel Earth-abundant metal complexes for the photocatalytic reduction of carbon dioxide) untersuchte zwei metallfreie Licht absorbierende Materialien in Kombination mit einem wasserlöslichen Nickelkatalysator, der zusammen mit einem H2-produzierenden Enzym verwendet wird. Das erste Material war Kohlenstoffnitrid, ein nicht-toxisches und kostengünstiges auf Kohlenstoff basierendes Material, das durch die Kondensierung von Melamin hergestellt wird. Es erwies sich als sehr stabil und bleibt länger aktiv als andere bekannte Photosensibilisatorsysteme, die über längere Bestrahlungszeiten eine Fotobleiche erfahren oder sich zersetzen. Das zweite Material waren Kohlen-Quantendots, die aus Zitronensäure, synthetisiert werden können, ein übliches, billiges und nicht-toxisches Ausgangsmaterial. Es war als Lichtabsorber aktiv und eine messbare H2-Produktion wurde sogar unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht erreicht. Der Einsatz von Hydrogenasen als Teil des Katalysators war ebenfalls neu. Dabei haben die Forscher bedeutende Einblicke in ihre Wirkung und ihren Mechanismus gewonnen. Aus dieser Untersuchung haben sich vier wissenschaftliche Publikationen mit hoher Schlagkraft ergeben. Mehrere Spin-off-Projekte werden weiterhin die Projektergebnisse einsetzen. Diese Arbeit hat darüber dazu beigetragen, den Weg zur Entwicklung von Solarkraftstofftechnologie zu ebnen. Letztendlich wird die Erfassung, Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie den Wissenschaftler helfen, klimaneutrale Energiequellen zu entwickeln.
Schlüsselbegriffe
Solarkraftstoff, Syngas, Kohlenstoff, Katalysatoren, Licht absorbierende Materialien, Erdmetalle, CO2SF
