Die Idee an sich ist nicht neu. Künstliche Photosynthese, oder photoelektrochemische Wasserspaltung, kombiniert die Technologien Solarzelle und Elektrolyseur. Auf diese Weise lässt sich die Energie der Sonne direkt in das universale Speichermedium Wasserstoff umwandeln – zumindest theoretisch. Praktisch anwendbar ist das Verfahren bisher noch nicht – obwohl sich Wissenschaftler seit den 1970er Jahren damit beschäftigen. Vor zwei Jahren beschlossen Bugra Turan und seine Kollegen vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung sich einem Aspekt zuzuwenden, der bisher von anderen Forschern weitgehend vernachlässigt worden war: ein realistisches Design eines solchen Systems, das die Technologie aus den Laboren der Wissenschaftler herausholt und eine praktische Anwendung möglich macht. „Die photoelektrochemische Wasserspaltung wurde immer nur im Labormaßstab getestet“, erklärt Bugra Turan. „Die einzelnen Komponenten wurden immer weiter verbessert, doch niemand hat versucht, näher an eine tatsächliche Anwendung zu kommen.“ Nach seiner Promotion hatte Turan sich am Forschungszentrum Jülich mit seinen Kollegen mit der Skalierung der photoelektrochemischen Wasserspaltung befasst. „Die Umsetzung einer solchen Idee war nur in Jülich möglich, wo so viele Disziplinen und Kompetenzen zusammen kommen, von der Lasermaterialbearbeitung über Prototypen-Gestaltung und 3D-Druck bis zur Solarzell-Entwicklung“, sagt Turan.
Das von Bugra Turan und seinen Kollegen entwickelte Design unterscheidet sich deutlich von den üblichen Laborexperimenten. Statt fingernagelgroßer einzelner Komponenten, die untereinander mit Drähten verbunden sind, entwickelten sie ein kompaktes, in sich geschlossenes System – komplett aus kostengünstigen, leicht verfügbaren Materialien. Der Prototyp hatte eine Fläche von 64 Quadratzentimetern, immer noch relativ klein. „Doch der entscheidende Punkt ist das flexible Design“, so Turan. „Mehrere Solarzellen werden durch eine spezielle Lasertechnik miteinander verschaltet. Sie bilden so ein Basiseinheit, die die nötige Spannung für die Wasserstoffgewinnung erreicht.“ Durch eine ständige Wiederholung dieser Basiseinheiten lassen sich in Zukunft auch quadratmetergroße Systeme herstellen.
Bis zur wirklichen praktischen Anwendung der künstlichen Photosynthese werden noch einige Jahre vergehen. Doch die Entwicklung von Bugra Turan und den Wissenschaftlern am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung ist ein wichtiger Schritt. „Wir arbeiten daran, die prinzipielle Eignung der Technologie für die Anwendung auf großen Flächen zu demonstrieren“, erklärt Turans Kollege Dr. Stefan Haas, der im Institut weiter an den Themen Wasserspaltung und CO2-Reduktion arbeitet. „Hierbei konzentrieren wir uns bei den integrierten Ansätzen sowohl auf die Erhöhung der Effizienz durch Optimierung der Solarzellen als auch um die Aufskalierung der Bauelemente“, so Haas.
Bugra Turan selbst hat das Institut verlassen und seit einigen Monaten einen neuen Arbeitsplatz – bei der StreetScooter GmbH in Aachen. Dort forscht er nicht mehr an innovativen Designs für die künstliche Photosynthese, doch dem Thema Nachhaltigkeit ist er treu geblieben. StreetScooter entwickelt Elektrofahrzeuge.
Die Preisverleihung durch NRW-Wirtschaftsminister Andreas Pinkwart fand am Montagabend, 26. Februar, in einer Festveranstaltung in Düsseldorf statt.
