Wie Sonnenlicht die Energiewende beflügeln und den Wassermangel bekämpfen könnte

Neue Technologie könnte die Wasserstoffherstellung kostengünstiger machen und der zunehmenden Trinkwasserknappheit etwas entgegensetzen.

Mithilfe von Meerwasser, Metallen und Sonnenlicht ist es Forschern in den USA gelungen, sowohl kostengünstigen grünen Wasserstoff als auch Trinkwasser zu gewinnen. Die Erfindung könnte somit künftig die Herstellung des klimafreundlichen Energieträgers optimieren und zugleich die weltweit zunehmende Wasserknappheit lindern. Dabei arbeitet die Technologie dank Erneuerbarer Energien auch noch CO₂-neutral.

Möglich macht dies eine Kombination aus Solarzellen, Wärmenutzung und Elektrolyse, also dem gängigsten Verfahren zur Wasserstoffherstellung. Bei diesem Prozess wird hochreines, aufbereitetes Wasser mittels elektrischen Stromes in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Stammt der genutzte Strom aus regenerativen Energiequellen, spricht man von grünem Wasserstoff.

Doch aktuell sind seine Produktionskosten hoch, teils wegen des enormen Wasserverbrauchs. Theoretisch erfordert die Herstellung von einem Kilogramm Wasserstoff mindestens neun Kilogramm Wasser, heißt es in der Forschungsarbeit im Fachjournal Energy and Environmental Science. Das werfe auch kritische Fragen auf, weil Trinkwasser eine immer knappere Ressource sei, erklärt Studienleiter Lenan Zhang von der Cornell University im Bundesstaat New York. Mit der neuen Technologie setzen er und sein Team stattdessen auf Meerwasser, ein nahezu unbegrenztes und kostenloses Gut. Gleiches gilt für Sonnenlicht.

Strom und Wärme aus Sonnenlicht: So funktioniert der winzige Prototyp

Um die Ressourcen Meerwasser und Sonnenlicht effizient zu nutzen, wurde ein Prototyp entwickelt, nur zehnmal zehn Zentimeter misst. Ein integriertes Photovoltaikpanel aus Silizium erzeugt Strom für die Elektrolyse. Wie bei anderen handelsüblichen Solarzellen wird nur ein Teil des aufgefangenen Sonnenlichts in Elektrizität umgewandelt. Der Rest geht normalerweise als Abwärme verloren – der Prototyp könne diese jedoch gezielt einsetzen, um das Meerwasser zu erhitzen, bis es verdampft sei, erklärt Zhang. Zurück bleibt das Salz, während der entsalzte Dampf zu sauberem Wasser kondensiert. Dieses wird dann durch den Elektrolyseur geleitet, wo die Edelmetalle Iridium und Platin als effiziente Katalysatoren fungieren.

Nach Angaben der Forscher ist der Prototyp in der Lage, auf diese Weise 200 Milliliter Wasserstoff pro Stunde zu produzieren. Hochskaliert wären fast 36 Liter pro Quadratmeter und Stunde möglich und zusätzlich 1,2 Liter Trinkwasser.

Innerhalb von 15 Jahren, so schätzen die Forscher, könnten durch ihre Technologie die Produktionskosten von grünem Wasserstoff gesenkt werden, von derzeit etwa zehn US-Dollar pro Kilogramm auf nur einen Dollar. Darüber hinaus sieht Zhang Potenzial zur Integration in Solarparks, um die Photovoltaikmodule zu kühlen. Dies würde wiederum deren Effizienz steigern und die Lebensdauer verlängern.

Photo: Richard Davies