Energieforscher in Jülich auf der Gralssuche

Von: Guido Jansen
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Sie arbeiten an der künstlichen Photosynthese: Stefan Haas (l.) und Burga Turan, Solarwissenschaftler am Forschungszentrum. Foto: Jansen

Jülich. Irgendwann wird ein Wissenschaftler den Nobelpreis erhalten, weil er den heiligen Gral der Energieforschung gefunden hat. Weltweit suchen Wissenschaftler nach einer Möglichkeit, Energie langfristig und in großer Menge zu speichern. Wann das sein wird ist nicht abzusehen.

Und wer – noch viel weniger. Bisher sind weder Batterien, Pumpspeicherkraftwerke oder Wasserstoffspeicher auch nur ansatzweise weit genug entwickelt. Es gibt Ideen. Auch am Forschungszentrum Jülich (FZJ) suchen sie auf vielen verschiedenen Wegen, um die Lösung für das größte ungelöste Problem der Energiewende zu finden.

„Das Problem ist der fluktuierende Charakter der regenerativen Energien“, sagt Dr. Burga Turan. Wind weht nicht immer, die Sonne scheint nicht immer. Ergo ist dann, wenn alle Atom- und Kohlekraftwerke stillgelegt sind, Schluss mit dem Strom, wenn Windräder und Photovoltaikanlagen nicht liefern. Das Aus für die Atomenergie in Deutschland ist beschlossene Sache, das Ende der Kohle ist politischer Wille. Sind beide weg, dann reißt die Stromversorgung der Zukunft ab – wenn der heilige Gral bis dahin nicht gefunden wird. Ergo: Er muss gefunden werden.

Turan und sein Kollege Dr. Stefan Haas sind nicht so vermessen, sich selbst als Gralssucher zu bezeichnen. Dafür ist die Aufgabe zu groß und Weg zur Lösung noch zu weit. Die Solarzellenforscher am FZJ haben aber mit ihrem ehemaligen Kollegen Dr. Jan-Philipp Becker – er hat das FZJ mittlerweile verlassen – einen viel beachteten Fortschritt auf ihren Weg gemacht. Sie haben die Methode der künstlichen Photosynthese in einem größeren Maßstab verwirklicht.

Photosynthese kennt man aus der Natur: Pflanzen wandeln und speichern Sonnenlicht als Traubenzucker ab und können deswegen wachsen. Bei der künstlichen Photosynthese spaltet ein Modul, das aus einer Solarzelle und einem Elektrolyseur besteht, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf, wenn es mit Sonnenlicht in Kontakt kommt. Bisher waren diese Module maximal so groß wie ein Fingernagel. Die Forscher sprechen von einem Blatt. Das neue Modul hat eine 64 Quadratzentimeter große Oberfläche.

„Wir nennen es einen Baum. Das ist natürlich ein bisschen plakativ“, erklären Turan und Haas, wohl wissend, dass „Bäumchen“ die bessere Bezeichnung wäre. Aber genau dieses Bäumchen ist größer als alles, was die Forschung bisher hervorgebracht hat. Und die Jülicher haben das mit leicht verfügbaren, günstigen Materialien geschafft. Sollte Wasserstoff eine Lösung für das Speicherproblem sein und die künstliche Photosynthese eine Möglichkeit der Produktion, dann spielen die Materialkosten eine große Rolle.

Wasserstoff ist ein Gas und gilt als einer der Energieträger der Zukunft. „Vereinfacht könnte man das so sagen: Im Sommer, wenn viel Sonne scheint, wird das Gas erzeugt und im Winter dann genutzt“, sagt Haas. Beide geben aber gleich zu bedenken, dass das Wort „vereinfacht“ in der Wissenschaft nicht funktioniert. Zwar ist die künstliche Photosynthese mit einer Sonne-zu-Wasserstoff-Effizenz von 3,9 Prozent effektiver als die Natur (1 Prozent).

Allerdings muss die Effizienz gesteigert werden. Und für das Problem, dass der künstliche Baum mit zunehmender Betriebsdauer von den Chemikalien zersetzt wird, die ihn umgeben, gibt es noch kein Patentrezept. Daran arbeiten Turan und Haas auf dem Weg zum nächsten Ziel: einer zehn Quadratmeter großen Vorführapparatur, einem großen Baum also.

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