Künstliches Blatt: Solarzelle „schluckt“ CO2

Treibstoff aus Kohlendioxid

Science ORF logoAmerikanische Forscher haben eine Solarzelle entwickelt, die aus CO2 Treibstoff herstellt – ganz ähnlich, wie Pflanzen es tun. Das künstliche Blatt ist erstaunlich effizient: Die Erfindung könnte die Energiebranche revolutionieren, schreiben Robert Czepel auf science.ORF.at und Jan Oliver Löfken auf wissenschaft aktuell.

Arun Majumdar - Foto © profiles.stanford.edu„Wir müssen weg von den fossilen Energieträgern – und wir müssen einen Weg finden, Treibstoff aus CO2 herzustellen. Das ist die größte Herausforderung des 21. Jahrhunderts“, sagte Arun Majumdar kürzlich bei einem Vortrag an der Stanford University. Majumdar muss es wissen: Der aus Indien stammende Energieforscher gilt als einer der führenden Köpfe seines Faches, wenn er spricht, hören auch die Mächtigen zu. Majumdar berät die amerikanische Regierung in Energiefragen und war unter anderem beim Konzern Google für das Energieressort zuständig.

Wie es aussieht, haben nun Forscher aus Chicago zumindest einen Teil des Problems gelöst. Ein Amin Salehi-Khojin - Foto © mie.uic.eduTeam um Amin Salehi-Khojin von der University of Illinois hat eine Solarzelle entwickelt, die so ähnlich funktioniert wie die Blätter von Pflanzen: Sie stellt aus Wasser, Sonnenenergie und CO2 einen Brennstoff her. Das Gerät braucht weder Elektrizität noch sonst irgendeine zusätzliche Energiequelle. Alles, was die Solarzelle benötigt, ist Luft, Wasser, Licht. Das Geheimnis: Ein preiswerter und effizienter Katalysator…

Nanoflocken aus Wolframdiselenid

wissenschaft-aktuell-logo„Wir können nun Kohlendioxid aus der Atmosphäre recyceln und mit Sonnenlicht Treibstoffe erzeugen“, sagt Salehi-Khojin. Mit seinen Kollegen testete er dazu systematisch die Materialklasse der sogenannten Chalkogenide. Diese Verbindungen aus Metallen und Chalkogen-Elementen wie Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur bieten gute katalytische Eigenschaften, mit denen sie sogar Edelmetalle wie Platin oder Palladium überflügeln können. Erste Ergebnisse zeigten, dass ausgewählte Chalkogenide tatsächlich zu tausendfach schnelleren Katalyse-Reaktionen führten als beispielsweise Platin.

Um eine möglichst große chemische Aktivität der Chalkogenide zu erhalten, nutzten Salehi-Khojin und Kollegen diese Substanzen in Form von winzigen Nanoflocken mit großer Oberfläche. Aus der Reihenuntersuchung stach bald die Verbindung Wolframdiselenid heraus. Nanoflocken aus diesem Material setzten die Forscher in eine elektrochemische Zelle. Als Elektrolyt verwendeten sie eine wässrige Lösung der Borat-Verbindung EMIM-BF4 – eine ionische Flüssigkeit.

In dieser elektrochemischen Solarzelle konnten zum einen Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid reduziert und zum anderen Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Endprodukt dieser Reaktionen war eine Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Mischung, die auch als Syngas bezeichnet wird – dieses speicherte 4,6 Prozent der aufgewandten Energie. Syngas kann selbst bereits in industriellen Prozessen als Energieträger genutzt werden oder über weitere Verfahren zu flüssigen Treibstoffen wie etwa Methanol umgewandelt werden…

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