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Photoreaktorpaneel für die direkte solare Wasserstofferzeugung
Keine Elektrolyseure, kein Stromverbrauch und keinerlei Netzanbindung notwendig – mit massenproduzierten Photoreaktorpaneelen will photreon, ein Gründungsprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), die Wasserstoffwirtschaft voranbringen.
Die Paneele ermöglichen es, Wasserstoff kostengünstig und skalierbar aus Sonnenlicht und Wasser zu erzeugen – einsetzbar sowohl für dezentrale Anwendungen als auch für große Anlagen in sonnenreichen Regionen.
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel für die klimafreundliche Transformation von Industrie und Energiesystem. Bislang ist seine Herstellung jedoch teuer, komplex und an Netzinfrastrukturen gebunden. Genau hier setzt photreon an: Das Gründungsprojekt aus dem KIT entwickelt ein Photoreaktorpaneel, das Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser erzeugt – ohne Elektrolyseure und ohne elektrische Energie.
„Wir überspringen den Umweg über stromgebundene Elektrolyse und produzieren chemische Energie aus Sonne und Wasser“, so Mitgründer Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. Mit ihren modularen Paneelen lasse sich die solare Wasserstofferzeugung deutlich vereinfachen und wirtschaftlich skalieren.
Direkte solare Umwandlung statt Umweg über Strom
Der Ansatz von photreon beruht auf dem Prinzip der Photokatalyse – einer Technologie, bei der Licht nicht wie in der Photovoltaik zur Stromerzeugung genutzt wird, sondern direkt eine chemische Reaktion auslöst. Speziell entwickelte, lichtaktive Materialien nehmen die Energie der Sonnenstrahlung auf und versetzen Elektronen in einen angeregten Zustand. Diese Ladungsträger treiben die Spaltung von Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) an.
„Photovoltaik und Elektrolyseur werden in einem Prozessschritt durch das Photoreaktorpaneel ersetzt“, erklärt Maren Cordts vom IMVT und ebenfalls Mitgründerin das zugrunde liegende Prinzip. „Das senkt die Systemkosten und -komplexität bei der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich.“
Diesen Ansatz setzt photreon nun in einem vom KIT zum Patent angemeldeten Photoreaktorpaneel technisch um. Das Paneel ermöglicht durch sein spezielles Design die gezielte Führung des Sonnenlichts zum aktiven Material im Inneren, das dort optimal ausgeleuchtet wird und dabei die Wasserspaltung vollzieht. „Wir haben die Reaktorgeometrie so ausgelegt, dass Lichttransport, chemische Reaktion und Abtransport der Produkte optimal zusammenspielen und konnten so die Wasserstoffproduktion in unserem Ein-Quadratmeter-Prototyp zeigen“, so Kant. Das Design ist zudem konsequent auf Serienfertigung durch gängige Massenproduktionsverfahren ausgelegt und ist aus kostengünstigen Materialien herstellbar. Durch den modularen Ansatz lässt es sich sowohl auf kleiner Skala anwenden als auch zu größeren Flächen verschalten.
Von der Dachanlage bis zum Wasserstoffsolarpark
Eingesetzt werden können die Paneele dort, wo Wasserstoff bislang zu teuer oder logistisch schwierig bereitzustellen ist: bei mittelständischen Unternehmen, die ihren Bedarf künftig direkt am Standort decken können – etwa in der Spezialchemie, Lebensmittelindustrie oder Metallverarbeitung – ebenso wie in großflächigen Solarprojekten in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung. „Gerade dort, wo weder Stromnetze noch eine Anbindung an ein Wasserstoffnetz vorhanden sind, eröffnet unsere Technologie neue Spielräume für die lokale Erzeugung“, sagt Cordts. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der dezentralen Versorgung einzelner Produktionsstandorte bis zur industriellen Erzeugung in sonnenreichen Regionen für den internationalen Markt.
Mit der photreon-Photoreaktortechnologie lässt sich inhärent grüner Wasserstoff kostengünstig direkt am Ort des industriellen Abnehmers herstellen. (Bild: KIT)
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