SolSTEP
SolSTEP
Fast Facts zum Projekt
Projektleiter:
Dr. rer. nat. Jacob Schneidewind
Institution:
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Laufzeit:
01.01.2024 – 31.12.2029
Fördervolumen:
2.815.598 €
Förderkennzeichen:
03SF0729
In Kürze
Das Projekt SolSTEP widmet sich der Entwicklung von Materialien, um direkt aus Sonnenlicht und Wasser grünen Wasserstoff zu produzieren. Durch einen innovativen Ansatz, der Zwei-Schritt Reaktionsfolge, wird dabei eine effiziente Nutzung von Solarenergie ermöglicht. Zusammen mit einem skalierbaren Prozess wird so die Grundlage geschaffen, um grünen Wasserstoff für industrielle Prozesse bereitzustellen und fossile Energieträger abzulösen.
Projektdetails
Grüner Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser in Beutelreaktoren
Grüner Wasserstoff ist ein zentraler Baustein der Energiewende, welcher die Defossilisierung von industriellen Prozessen und Mobilität ermöglicht. Bislang erfolgt seine Herstellung primär über Elektrolyse mit erneuerbarem Strom. Das Ziel von SINATRA: SolSTEP ist es, neuartige Materialien – sogenannte Photokatalysatoren – zu entwickeln, die eine direkte Nutzung von Sonnenlicht zur Wasserstoffproduktion ermöglichen. Damit wird eine Konkurrenz um erneuerbaren Strom vermieden und die Wege zur Nutzung von Solarenergie werden diversifiziert. Zudem kann die direkte Nutzung von Sonnenlicht zur Produktion von Wasserstoff als ressourcenschonender Prozess implementiert werden und die Nachhaltigkeit von grünem Wasserstoff weiter verbessern. Es wird angestrebt, Wasserstoff in kostengünstigen Beutelreaktoren, welche mit einer Mischung von Photokatalysator und Wasser gefüllt sind, zu produzieren. Dieses skalierbare Konzept könnte in Zukunft Wasserstoff für die Industrie bereitstellen und somit einen wichtigen Beitrag zu einer klimaneutralen Energiewirtschaft leisten.
Kohlenstoffnitride und konjugierten Polymere zur effektiven Nutzung von Sonnenlicht
Die Produktion von Wasserstoff aus Wasser lässt sich in zwei Prozesse aufteilen: Wasser wird zu Sauerstoff oxidiert, wobei Protonen und Elektronen freigesetzt werden. Diese Protonen und Elektronen werden dann zu Wasserstoff kombiniert. Existierende Photokatalysatoren nutzen unterschiedliche Komponenten, um Sonnenlicht zu absorbieren und dann diese zwei Prozesse anzutreiben. Dies führt jedoch zu einer niedrigen Effizienz, da Energie beim Transport zwischen den Komponenten verloren geht. In SINATRA: SolSTEP werden Photokatalysatoren entwickelt, bei welchen Lichtabsorption, Bildung von Sauerstoff und Bildung von Wasserstoff an einem Ort ablaufen. Dies wird ermöglicht durch zwei Reaktionsschritte: Im ersten Schritt wird Licht durch den Photokatalysator absorbiert, was zur Oxidation von Wasser zu Sauerstoff führt. Die Protonen und Elektronen werden zwischengelagert an dem Ort, wo die Reaktion stattgefunden hat. Im zweiten Schritt absorbiert der Photokatalysator dann erneut Licht, wodurch sich die Protonen und Elektronen zu Wasserstoff kombinieren, welcher freigesetzt wird.
Im Projekt werden Photokatalysatoren auf Basis von Kohlenstoffnitriden sowie konjugierten Polymeren genutzt, um diese Zwei-Schritt Abfolge zu realisieren. Beide Materialien bestehen aus gut verfügbaren Rohstoffen (Kohlenstoff und Stickstoff), um einen ressourcenschonenden Prozess zu ermöglichen. Die Nutzung dieser Katalysatoren in Beutelreaktoren ermöglicht dann eine skalierbare Produktion von Wasserstoff.
Ausgründung für eine schnelle Kommerzialisierung
Mit Hilfe eines Laborprototypen soll die Grundlage für die kommerzielle Anwendung von Photokatalysatoren zur Produktion von Wasserstoff gelegt werden. Es ist beabsichtigt die Kommerzialisierung z.B. im Rahmen einer geeigneten Ausgründung voranzubringen. Um die Forschung sowie Entwicklungsarbeit effektiv umzusetzen, bestehen Kooperationen mit internationalen Forschungsgruppen, insbesondere in den USA (gefördert vom Department of Energy) sowie strategischen Industriepartnern wie 3M, H2APEX und HyJack.
Die Kernarbeit findet im Rahmen der Nachwuchsgruppe SINATRA: SolSTEP am Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) der Friedrich-Schiller-Universität Jena statt. Sie besteht aus einem interdisziplinären Team von Wissenschaftler:innen mit Hintergründen in Materialwissenschaften, organischer und anorganischer Chemie sowie Katalyse.
