Im Verbundprojekt „Neo-PEC“ haben drei Fraunhofer-Institute „eine spannende Alternative“ zur Wasserstofferzeugung mit Elektrolyseuren entwickelt. Das Kürzel PEC steht für photoelectrochemical cell, also eine photoelektrochemische Zelle, die direkte solare Wasserspaltung ermöglicht. Die im Juni erstmals präsentierte Lösung aus dem Forschungsprojekt besteht in einem Modul von rund einem halben Quadratmeter Fläche, das zu größeren Einheiten verschaltet werden kann und damit, so eine Mitteilung, „eine hoch flexible Wasserstofferzeugung und -versorgung mit Sonnenenergie möglich macht“.
Die als „Tandem-PEC-Modul“ bezeichnete Einheit besteht aus zwei Scheiben von mit halbleitenden Materialien beschichtetem Floatglas. Eine Modulseite absorbiert kurzwelliges Licht, während gleichzeitig langwelliges Licht durch die obere Glasschicht dringt und auf der Umkehrseite aufgenommen wird. Das Modul setzt hierbei auf der Umkehr- oder Kathodenseite Wasserstoff und auf der oberen Seite (Anodenseite) Sauerstoff frei. Wichtig ist, die beiden Elemente voneinander getrennt zu halten.
In drei Jahren Projektlaufzeit wurden hochreine Halbleitermaterialien erforscht und entwickelt, die in „besonders schonenden Beschichtungsverfahren“ aufgetragen werden. Dies erhöht den Angaben zufolge die Wasserstoffausbeute. Über die Gasphase werden hauchdünne, Nanometer messende Schichten auf dem Glas aufgebaut, erklärt Arno Görne, Gruppenleiter Funktionswerkstoffe für hybride Mikrosysteme am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS: „Die dabei entstehenden Strukturen haben einen großen Einfluss auf die Reaktoraktivität, zusätzlich zu den eigentlichen Materialeigenschaften, die wir ebenfalls optimiert haben.« Über im Modul verknüpfte „Photovoltaik-Elemente“ wird das System mit zusätzlicher Spannung versorgt. Diese wirke „wie ein Turbo, der die Aktivität beschleunigt und den Wirkungsgrad zusätzlich steigert“.
Das Resultat ist ein Reaktor, der getrennt vom Sauerstoff Wasserstoff erzeugt, welcher direkt aufgefangen werden kann. Unter europäischen Einstrahlungsbedingungen lassen sich den Angaben zufolge mit 100 Quadratmetern Modulfläche gut 30 Kilo Wasserstoff pro Jahr erzeugen. Damit könne „beispielsweise ein Wasserstoff-Auto 15 bis 20.000 Kilometer zurücklegen“. Zum Vergleich: auf der gleichen Fläche ließen sich mit Solarmodulen (ebenfalls in Mitteleuropa) rund 16.000 Kilowattstunden elektrische Energie erzeugen, die zur Elektrolyse von rund 300 Kilogramm Wasserstoff ausreicht.
Die Abmessungen der einzelnen Einheiten sind Görne zufolge „dadurch begrenzt, dass unser Modul das Wasser direkt spaltet, aber hierzu auch Strom von einer Seite auf die andere gelangen muss. Bei zunehmender Modulfläche wirken sich die steigenden Widerstände ungünstig auf das System aus“. Deshalb habe sich das jetzt gewählte Format beim aktuellen Stand der Entwicklung als optimal erwiesen. Es sei „stabil, robust und deutlich größer als alle vergleichbaren Lösungen«. Ein wesentlicher Vorteil sei die Skalierbarkeit durch das Zusammenschalten mehrerer Module.
Die beteiligten Institute – neben dem IKTS sind dies das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST sowie das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP – haben bereits mehrere Feldversuche zur Erprobung ihrer Entwicklung durchgeführt. Nun verfolgen sie zum einen das Ziel, ihre Kooperation in einem Folgeprojekt fortzusetzen, zum anderen ist die Einbeziehung von Unternehmen geplant.
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Schade, dass das neue System nur 30 Kilo Wasserstoff erzeugt laut Bericht. Wenn man aber nachrechnet, komme ich dann schon auf 3300KG Wasserstoff was das 11-fache zur Elektrolyse wäre.
Hallo
Ist da irgendwo ein Schreibfehler.
Die Ausbeute 30 kg Wasserstoff past ja auch nicht mit 15000 km Fahrleistung …
Die Angabe ist ein Zitat (sie weicht aber in der Tat ganz erheblich von gängigen Reichweitenschätzungen für Wasserstoffautos ab).
Ich bin ja kein Experte – aber zum Verständnis: die haben also ein Modul entwickelt, was direkt Wasserstoff erzeugt, allerdings pro qm mit einer nur 10% Effizienz einer Lösung aus PV-Modul + Elektrolyseur? Insofern muss diese Lösung also auch 10x günstiger sein, als die Kombination aus PV-Modul und Elektrolyseur? Oder habe ich irgendwo einen Denkfehler?
Wobei die Flächeneffizienz so oder so ein Thema ist: denn schon PV hat ja einen gewissen Flächenverbrauch. Wasserstoffgewinnung mit noch einmal Faktor 10 schlechterer Flächeneffizienz erscheint mir auf den ersten Blick schwierig
Hab das Modul erst auf Nervmesse gesehen, da war die Rede von einem Prozent. Marktreif ist das nicht
Es wäre fürs Verständnis sehr hilfreich, wenn bei solchen technik-orientierten Beiträgen auch die benötigten Werte und Zahlen für die Nachvollziehbarkeit mit geliefert würden.
Sie schreiben zB.:
* „… über … PV wird das System mit zusätzlicher Spannung versorgt.“. Woher – und wieviel % – Strom wird denn dann zusätzlich benötigt???
* „… während gleichzeitig langwelliges Licht durch die obere Glasschicht dringt und auf der Umkehrseite aufgenommen wird.“ Vermutlich wird daraus dort Wärme erzeugt. Fragen: ist der Prozess endotherm, und wieviel Wärme (-Leistung) braucht es je kg H2, wie ist der Wirkungsgrad, wieviel % trägt die PV-Leistung insgesamt bei, …???
Alles ungeklärte Fragen!
Wie weit sind die Belgier die sind doch 23 auf den Markt gekommen ist die Analyse gleich oder höher
Also ich verstehe den Sinn dieses Artikels nicht. Sofern das neue System nur 10% der Effizienz der normalen PV + Elektrolyse hat, werden sich genau 0 Unternehmen dafür interessieren. Oder hat der Autor da ein paar Nullen vergessen?
Bitte um Zeiteinheiten ergänzen… 30 kg Pro Stunde, Tag … aktuell sieht der Artikel mehr wie ein “Teaser” Aus
Die Angabe bezieht sich auf ein Jahr, wir haben dies inzwischen ergänzt. Vielen Dank für den Hinweis.
Was ich im Artikel u.a. nicht ganz verstehe?:
– 100 qm PV-Fläche werden angenommen – zum Vergleich PV/H2 getrennt zu PV/H2 integriert
– 1,9 qm / Modul ( großzügig gerechnet )
– = ca. (mindestens) 52 Module auf 100 qm PV-Fläche
– x 420 Watt = 21.820 Watt = ca 22kW
– und diese 22kW produzieren …….. siehe oben. 16.000kWh / Jahr ?????
– da müßten 300-er/320-er Module verbaut werden ??????