Solar-to-X Netzwerke: Sonnenlicht direkt in Treibstoff und Chemikalien verwandeln
Die direkte Nutzung von Sonnenlicht zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe und Chemikalien ist ein vielversprechender Forschungsansatz mit dem Potenzial, bestehende Power-to-X- und Carbon Capture and Utilization-Technologien grundlegend zu erweitern. Während konventionelle Verfahren auf mehrere energetische und chemische Umwandlungsschritte angewiesen sind, zielen neuartige Solar-to-X-Technologien darauf ab, weit verfügbare Rohstoffe wie Wasser und CO2 direkt durch Photonenenergie in nutzbare Produkte zu überführen. Diese Ansätze vermeiden die Umwandlung in Elektrizität und integrieren alle notwendigen Reaktionsschritte in einem kompakten Prozess, wodurch Effizienzgewinne erzielt und Prozesskomplexitäten reduziert werden.
Solar-to-X-Technologien – auch als künstliche Photosynthese oder Solar Fuel-Technologien bekannt – bieten eine Perspektive für dezentrale, lokale Energie- und Produktionssysteme. Sie ermöglichen die direkte Nutzung erneuerbarer Ressourcen vor Ort und können so industrielle Prozesse transformieren.
Die internationale Forschungslandschaft auf diesem Gebiet ist stark vernetzt. AEE INTEC übernimmt seit November 2024 die Leitung des neuen IEA SHC Task 72 „Solar Photoreactors for the Generation of Fuels and Chemicals“ und engagiert sich gleichzeitig im IEA Hydrogen Task 45 „Renewable Hydrogen“.
Am 14. Februar 2025 kamen führende Expert*innen im IEA-Headquarter in Paris zu einem interdisziplinären Workshop zusammen, geleitet von IEA TCP Hydrogen. Beteiligt waren unter anderem Mission Innovation IC on Sunlight to X sowie die offene Expert*innenplattform SUNERGY mit über 300 Mitglieder. Das SUNER-C-Projekt, das diese Plattform initiierte, verfolgt die Entwicklung disruptiver Technologien zur Schaffung geschlossener Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe für Industrie und Landwirtschaft.
Im Rahmen des Workshops wurden verschiedene Solar-to-X-Ansätze vorgestellt, darunter:
- SPARC Hydrogen – ein Projekt zur photokatalytischen Wasserspaltung zur Produktion von grünem Wasserstoff
- SolHyd, Belgium – ein Projekt zu Entwicklung eines Solarkollektors zur Produktion von grünem Wasserstoff aus feuchter Umgebungsluft
Zentrale Vorteile dieser disruptiven Technologien sind:
- Netzunabhängige Bereitstellung von Energie und Chemikalien, wodurch aufwendige Infrastruktur reduziert werden kann.
- Nutzung von Abwasser und Meerwasser als alternative Rohstoffquellen für die photoelektrochemische Wasserstoffproduktion.
- Flexibilität in der Produktion solarer Treibstoffe, die an gewünschte Endprodukte angepasst werden kann und klassische chemische Prozessketten ersetzt.
- Neue industrielle Anwendungsmöglichkeiten durch direkte Herstellung hochwertiger Produkte.
- Synergetische Nutzung von Oxidations- und Reduktionsprozessen für erweiterte chemische Produktionswege.
Ein wesentliches Thema der Diskussion war die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung der Kosten und Infrastruktur von Solar-to-X-Gesamtsystemen, vergleichbar mit Erfahrungen aus der PV-Elektrolyse. Ebenso wurde betont, dass zukünftige Forschung unter realistischen Sonnenlichtbedingungen erfolgen muss, um Effekte wie Wärmemanagement frühzeitig in das Design der Systeme zu integrieren. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Solarforschung und Verfahrenstechnik wurde als entscheidender Erfolgsfaktor hervorgehoben.
AEE INTEC treibt genau diese Forschung aktiv voran, insbesondere im Bereich des optimalen Reaktordesigns für solare Photoreaktoren zur Wasserstoffgewinnung und CO2-Reduktion. Zudem wird an der Entwicklung standardisierter Evaluierungskriterien für unterschiedliche Photoreaktor-Konzepte gearbeitet.
Für 2025 ist ein koordinierter Workshop geplant, organisiert von IEA Hydrogen und SHC TCP in Zusammenarbeit mit SUNERGY, um die Vergleichbarkeit von Photoreaktoren und deren Evaluierung weiter zu optimieren.
AEE INTEC freut sich, sich aktiv in diesen Prozess einzubringen und die zukünftige Entwicklung von Solar-to-X-Technologien mitzugestalten.
Auftrag/Fördergeber
Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie
Programm
Forschungskooperation Internationale Energieagentur