Science
01.08.2016

Solarzelle saugt CO2 aus der Luft und macht Treibstoff

Eine neuartige Solarzelle verwandelt mithilfe von Sonnenlicht atmosphärisches Kohlendioxid in Synthesegas, das zu Treibstoffen raffiniert werden kann. Die Kosten sind gering.

An der University of Illionois in Chicago haben Wissenschaftler eine Solarzelle entwickelt, die mit der Energie von Sonnenlicht Treibstoff erzeugen kann. Ähnlich wie Blätter, die Photosynthese betreiben, nehmen die Zellen Kohlendioxid aus der Luft auf und wandeln es um, allerdings nicht wie Pflanzen in Zucker, sondern in Synthesegas, das in diesem Fall aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. "Die Zelle ist nicht photovoltaisch, sondern photosynthetisch", sagt der mitforschende Amin Salehi-Hhojin in einem Bericht auf der Homepage der Uni Illinois. Aus dem Synthesegas lassen sich in weiteren Schritten Diesel und andere Treibstoffe herstellen.

Mit der Technik kann also aus einem schädlichen Treibhausgas saubere Energie erzeugt werden. Laut den Forschern ist der Prozess zudem so kostengünstig, dass der entstehende Treibstoff preislich mit Produkten aus der Erdölindustrie mithalten kann. Wenn die Technik in großem Maßstab umgesetzt wird. kann eine bedeutende Menge CO2 aus der Atmosphäre gefiltert werden - die bei der Verbrennung des Treibstoffs allerdings wieder freigesetzt wird. Bislang war die kostengünstige Reduktion von CO2 zu brauchbaren Treibstoffen eine teure Angelegenheit, weil dazu Edelmetallkatalysatoren notwendig waren. Für die Photosyntheszellen haben die Forscher deshalb Ersatz gesucht und in Wolframdiselenid auch gefunden.

Neuer Ansatz

Das Material dient in Form von Nanoflocken als Katalysator in einer elektrochemischen Zelle, die das CO2 aufbrechen und umwandeln kann. Dabei ist das Wolframdiselenid 1000 Mal schneller als Edelmetallkatalysatoren und kostet nur ein Zwanzigstel davon. Bislang konnte Wolframdiselenid nicht zur CO2-Reduktion eingesetzt werden, weil der Katalysator durch Oxidation schnell unbrauchbar wird. Der Durchbruch gelang den Wissenschaftlern mit einem speziellen Elektrolyt, das eine Mischung aus Wasser und der ionischen Flüssigkeit Ethyl-Methylimidazol-Tetrafluorborat ist. Dadurch wird das Wolframdiselenid geschützt und kann aktiv bleiben.

In der Photosynthesezelle wird Sonnenlicht mit Photovoltaikelementen eingefangen, um eine Wolframdiselenid-Kathode in dem Spezialelektrolyt und eine Kobaltoxid-Anode in Kaliumphosphat mit Energie zu versorgen. Dadurch entsteht an der Kathode Wasserstoff und Kohlenmonoxid und an der Anode Sauerstoff und Wasserstoff, der durch eine Membran zur Kathode gelangt, wo er bei der Reduktion des Kohlendioxids hilft. Die Technik eignet sich sowohl für Anlagen im industriellen Maßstab als auch für Kleingeräte.