EMPOWER – Experimental Mass Transfer Photoreactor Optimization within Engineered Research

Das Dissertationsprojekt EMPOWER widmet sich der Weiterentwicklung solarer photoelektrochemischer und photokatalytischer Reaktoren zur nachhaltigen Erzeugung von Wasserstoff und zur CO₂-Reduktion. Im Fokus steht die Optimierung eines neuartigen solaren Photoreaktors, der Sonnenenergie direkt nutzt, um chemische Reaktionen in einem einzigen Prozessschritt anzutreiben. Ziel ist es, Effizienzgrenzen aktueller Reaktorsysteme zu überwinden und einen wichtigen Beitrag zur Defossilisierung der Energie- und Chemieproduktion zu leisten.

Ein zentraler Forschungsschwerpunkt liegt auf dem vertieften Verständnis von Lichtverteilung, Stofftransport, Durchmischung und Gasabfuhr im Reaktor. Diese Prozesse beeinflussen maßgeblich die Gesamtleistung photoaktiver Systeme, wurden bislang jedoch kaum systematisch untersucht. Im Projekt werden experimentelle Methoden wie Laser-Doppler-Velocimetrie, optische Lichtmessungen und In-situ-Gasanalyse eingesetzt, um Transportphänomene und kinetische Limitierungen detailliert zu analysieren. Darauf aufbauend werden gezielte Designanpassungen – etwa hinsichtlich oszillierender Strömung, Lichteintrag oder Gasabtrennung – entwickelt und getestet. EMPOWER ist eng in laufende nationale und europäische Forschungsaktivitäten eingebettet und nutzt eine bestehende Reaktor-Testinfrastruktur bei AEE INTEC. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen nicht nur zur deutlichen Steigerung der Solar-to-Fuel-Effizienz beitragen, sondern auch in praxisnahe Designrichtlinien für solare Reaktoren überführt werden. Diese sollen zukünftigen Anwender:innen eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die Auslegung und Weiterentwicklung solcher Systeme bieten und damit die Marktreife solarer Photoreaktoren beschleunigen.