Paneel für direkte solare Wasserstofferzeugung
Grüner Wasserstoff ohne Netzanbindung
Das Start-up Photreon, eine Ausgründung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), entwickelt Photoreaktorpaneele, um Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser zu erzeugen. Die Technologie ist skalierbar und nicht auf Netzinfrastruktur angewiesen.
Solarpaneele zur Produktion von grünem Wasserstoff aus Sonnenlicht und Wasser: Die Solarpaneele sind ein Fotoreaktor, in deren Innerem ein Fotokatalysator Wassermoleküle bei Beleuchtung mit Sonnenlicht in Wasser- und Sauerstoff spaltet.
Amadeus Bramsiepe, KIT
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel für die klimafreundliche Transformation von Industrie und Energiesystem. Bislang ist seine Herstellung jedoch teuer, komplex und an Netzinfrastrukturen gebunden. 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“, sagt Mitgründer Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. Mit ihren modularen Paneelen lasse sich die solare Wasserstofferzeugung deutlich vereinfachen und wirtschaftlich skalieren.
Photokatalyse "senkt Systemkosten und -komplexität der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich"
Der Ansatz 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 in Wasserstoff und Sauerstoff 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.
Dezentrale Versorgung oder Massenproduktion
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.
