Mit dem Ziel, die Wasserstoffwirtschaft durch massenproduzierte Photoreaktorpaneele entscheidend voranzutreiben, verzichtet das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit seinem Gründungsprojekt photreon vollständig auf Elektrolyseure, Stromverbrauch und Netzanbindungen. Die neuartigen Paneele ermöglichen eine kostengünstige sowie skalierbare Gewinnung von Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser, was sie sowohl für dezentrale Einsätze als auch für Großanlagen in sonnenreichen Gebieten attraktiv macht.
Während grüner Wasserstoff als essenziell für die klimafreundliche Transformation gilt, blieb seine Herstellung bisher teuer und infrastrukturgebunden – eine Hürde, die photreon durch den Verzicht auf elektrische Energie überwindet. „Wir überspringen den Umweg über stromgebundene Elektrolyse und produzieren chemische Energie aus Sonne und Wasser“, erklärt Mitgründer Paul Kant. Durch diesen modularen Ansatz lässt sich die solare Wasserstoffproduktion signifikant vereinfachen und wirtschaftlich rentabel gestalten.
Direkte solare Umwandlung statt Umweg über Strom
Das Konzept von photreon basiert auf dem Prinzip der Photokatalyse, bei der Licht keine elektrische Energie erzeugt, sondern unmittelbar eine chemische Reaktion initiiert. Hierbei absorbieren speziell entwickelte, lichtaktive Materialien die Sonnenenergie, um Elektronen anzuregen, welche wiederum die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff bewirken. „Photovoltaik und Elektrolyseur werden in einem Prozessschritt durch das Photoreaktorpaneel ersetzt“, erklärt Maren Cordts: „Das senkt die Systemkosten und -komplexität bei der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich.“
Diese Technologie wird nun in einem vom KIT zum Patent angemeldeten Paneel umgesetzt, dessen Design das Sonnenlicht präzise zum aktiven Material im Inneren leitet, um dort die Wasserspaltung zu vollziehen. „Wir haben die Reaktorgeometrie so ausgelegt, dass Lichttransport, chemische Reaktion und Abtransport der Produkte optimal zusammenspielen und konnten so die Wasserstoffproduktion in unserem Ein-Quadratmeter-Prototyp zeigen“, so Kant. Das System ist konsequent auf die Serienfertigung mittels gängiger Massenproduktionsverfahren ausgelegt, nutzt kostengünstige Materialien und erlaubt durch seinen modularen Aufbau sowohl kleinteilige Anwendungen als auch den Zusammenschluss zu großflächigen Anlagen.
Von der Dachanlage bis zum Wasserstoffsolarpark
Die Paneele finden dort Anwendung, wo die Bereitstellung von Wasserstoff bislang an hohen Kosten oder logistischen Hürden scheiterte, etwa bei mittelständischen Betrieben in der Spezialchemie, Lebensmittelindustrie oder Metallverarbeitung, die ihren Bedarf künftig direkt vor Ort decken können. Ebenso eignen sie sich für großflächige Solarprojekte in sonnenreichen Gebieten, die fernab bestehender Infrastrukturen liegen. „Gerade dort, wo weder Stromnetze noch eine Anbindung an ein Wasserstoffnetz vorhanden sind, eröffnet unsere Technologie neue Spielräume für die lokale Erzeugung“, sagt Cordts. Das Spektrum der Nutzung reicht somit von der autarken Versorgung einzelner Produktionsstätten bis hin zur industriellen Wasserstoffgewinnung für den internationalen Markt.