Effizientere Dünnschichtphotoelektroden auf Halbleiterbasis
Das Projekt CO2UPLED möchte Sonnenlicht als nachhaltige Energiequelle nutzen, um durch photoelektrochemische Prozesse Wasser und CO2 in solare Brennstoffe umzuwandeln. Solare Brennstoffe, wie beispielsweise Wasserstoff, stellen eine speicherbare und transportierbare Form erneuerbarer Energie dar. Sie ermöglichen, saisonale Schwankungen und regionale Unterschiede in der Sonneneinstrahlung zu überwinden und so eine zuverlässige, ganzjährige Energieversorgung zu gewährleisten. Das Projekt reagiert damit auf den wachsenden Bedarf an alternativen, sauberen Energieträgern, die nicht nur emissionsarm, sondern auch flexibel abrufbar sind. Die Forschenden von CO2UPLED entwickeln spezielle Dünnschichtphotoelektroden auf Halbleiterbasis, die effizienter als bisherige Materialien arbeiten sollen. Diese Photoelektroden werden mit Katalysatoren gekoppelt, um chemische Reaktionen zu beschleunigen, die zur Umwandlung von Wasser und CO2 in Brennstoffe nötig sind. Ziel ist es, kostengünstige, skalierbare und stabile Systeme zu schaffen. Das Vorhaben soll einen Beitrag zur Energiewende leisten, indem es die Lücke zwischen phasenweise verfügbarer Solarenergie und kontinuierlich bereitgestellten Brennstoffen schließt.
Neuartige, anpassbare Oxinitrid-basierte Materialien
Im Zentrum des Projekts stehen neuartige Oxinitrid-basierte Materialien, die aus Metallkationen, Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Durch das Mischen verschiedener Kationen und die Einstellung des Stickstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnisses können diese Materialien gezielt angepasst werden, um die Energie des Sonnenlichts besonders effizient aufzunehmen und die optimalen Eigenschaften für die Wasserstoffproduktion und CO2-Umwandlung zu erreichen. Die Forschenden von CO2UPLED verwenden statistische Methoden, um Syntheseprozesse zu optimieren und stellen sicher, dass die Materialien gleichmäßig und in hoher Qualität produziert werden. Ein Beispiel für die innovative Herangehensweise des Projekts ist der Einsatz fortschrittlicher spektroskopischer Techniken, wie Röntgenspektroskopie bei Umgebungsdruck und zeitaufgelöster Infrarotspektroskopie, um die Prozesse an den Grenzflächen zwischen Photoelektroden und Katalysatoren im Detail zu analysieren. Diese Untersuchungen helfen dabei, die Effizienz der Ladungstrennung und -übertragung weiter zu steigern, was zu besseren Ergebnissen bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Brennstoffe führen soll. Der gesamte Prozess wird in mehreren Schritten getestet und verfeinert, um sicherzustellen, dass die Technologien unter realen Bedingungen funktionieren.
Nachhaltige Brennstoffe aus Wasser, CO2 uns Sonnenlicht
Das Projekt entwickelt effiziente und skalierbare Prototypen für die solare Wasserspaltung und CO2-Reduktion. Es wird angestrebt, Wirkungsgrade von 20 % für die Wasserspaltung und 10 % für die CO2-Reduktion zu erreichen. Diese ambitionierten Meilensteine hätten das Potential, den Weg zur Kommerzialisierung dieser Technologien zu ebnen und somit zur nachhaltigen Energieerzeugung beizutragen. Am Projekt beteiligt sind Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität München aus verschiedenen Disziplinen, darunter Materialwissenschaften, Chemie, Physik und Ingenieurwesen. Die Arbeitsteilung erfolgt interdisziplinär: Materialentwicklung, Katalysatorforschung und Spektroskopie-Analysen greifen ineinander. Die Ergebnisse des Projekts sind nicht nur für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Interesse, sondern auch für Industriepartner, die die entwickelten Materialien und Technologien nutzen können, um eine nachhaltige Energieproduktion weiterzuentwickeln und in marktreife Produkte umzusetzen.
