Solare Photoreaktoren für die Erzeugung von Treibstoffen und Chemikalien
Im November 2024 startet ein neues Expertennetzwerk der Internationalen Energieagentur unter dem Technology Collaboration Programme Solar Heating and Cooling: Der IEA SHC Task 72, welcher sich mit der Weiterentwicklung von solaren Photoreaktoren zur Erzeugung von Treibstoffen und Chemikalien beschäftigt.
Das Forschungsfeld „Solar Fuels“ entwickelt Lösungen, um die Solarstrahlung zur Gewinnung von grünen Treibstoffen einzusetzen. Dies geschieht entweder über photochemische (photokatalytisch PC oder photoelektrochemische PEC) und photothermische Prozesse, oder durch die Kombination von PV und Elektrolyse PV-EC. Während letztere bereits einen Technologie-Reifegrad (TRL) von 8 bis 9 erreicht hat, liegt die Entwicklung von PC/PEC Prozessen unter Ausnutzung von realem Sonnenlicht eher unter einem TRL von 5.
Im Task 72 bündeln die teilnehmenden Expert*innen ihr Wissen aus über 40 internationalen Projekten um effiziente solaren Photoreaktoren (als Weiterentwicklung von Solarkollektoren) zu entwickeln. In solaren Photoreaktoren werden photochemische und photothermische Prozesse direkt in Solarkollektoren integriert. Damit eröffnet sich ein sehr großes Potenzial auch die Effizienzen der Umwandlungsprozesse zu steigern. In kürzlich veröffentlichten Arbeiten konnte gezeigt werden, dass durch neue kontinuierliche Fahrweise von PC und PEC Prozessen in neuen Kollektoren die Prozesseffizienz um einen Faktor 5 bis 17 gesteigert werden konnten.
Solare Photoreaktoren können somit ein neues Marktfeld zur Bereitstellung grüner Treibstoffe für Hochtemperaturanwendungen und Mobilität (z.B. Schiffsverkehr) und grüner Chemikalien für zum Bespiel Energiespeicher eröffnen. Derzeit stehen insbesondere die photochemische Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserreduktion, die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen (C2+) aus CO₂ Reduktion und die Erzeugung von Ammoniak im Fokus der Forschung. Diese Photoprozesse laufen typischerweise auf Temperaturniveaus zwischen 50 und 150 °C.
Ziel des IEA SHC Task 72 ist es erstmals Experten aus Materialchemie, Verfahrenstechnik und Solartechnik, zur Entwicklung von solaren Photoreaktoren zur Gewinnung von Treibstoffen und Chemikalien, zusammenzubringen. Der Task wurde unter der Leitung von AEE INTEC in einer 1-jährigen Definitionsphase von Juni 2023 – Juni 2024 entwickelt und am 6. Juni 2024 vom Executive Comittee des IEA Solar Heating und Cooling (SHC) Programms bestätigt. Die 3 Subtasks umfassen die Bereiche: Materialen und Komponenten (Subtask A), solare Photoreaktoren (Subtask B) und Systemintegration (Subtask C). Bisher wurden aus 7 Ländern bereits über 40 internationale Projekte über die teilnehmenden Experten gesammelt, die zum Task 72 beitragen werden. Im Dezember 2024 wird das Kick-Off des IEA SHC Task 72 in Graz stattfinden.
Auftrag/Fördergeber
Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie gefördert und im Rahmen des Programms IEA Forschungkooperation durchgeführt
Projektkoordinator
Projektpartner
Subtaskleiter:
- IMDEA Energy, Spain
- AEE INTEC, Austria
- CIEMAT P.S.A, Spain