„nachhaltige technologien 01 | 2024"

duktion eine Schadstoffelimination und Reinigung des Abwassers statt. Interessante Abwasserströme sind dort zu finden, wo herkömmliche Abwasserauf- bereitungstechnologien an ihre Grenzen stoßen. Dies sind vor allem schwer abbaubare, komplexe Gemi- sche aus organischen und anorganischen Verbindun- gen aus industriellen Quellen wie der pharmazeu- tischen Industrie, Textilindustrie etc. Des Weiteren kann die Technologie auch als vierte Reinigungsstu- fe in Kläranlagen zum Einsatz kommen. Durch die beschriebenen Möglichkeiten bieten sich photoka- lytische und photoelektrochemische Prozesse nicht nur zur Bereitstellung von "grünem Wasserstoff" an, sondern auch zur Abwasserreinigung. Ein wei- teres Anwendungsgebiet ist die Reduktion von CO 2 zu Methan oder anderen Kohlenstoffverbindungen. Forschungsbedarf bei Materialien zur Nutzung von realem Sonnenlicht Photokalytische und photoelektrochemische Prozes- se haben das Potenzial, eine breite Palette solarer Kraftstoffe zu produzieren, stecken jedoch noch in den Kinderschuhen. Dabei sind Entwicklungen an den ein- gesetzten Katalysatoren wichtig, um Photokatalyse auch unter realem Sonnenlicht zu realisieren. Titandioxid (TiO 2 ) wird seit der Entdeckung des photoelektrochemischen Effekts im Jahr 1972 durch Honda und Fujishima für die solare Wasserspaltung verwendet. TiO 2 ist wie viele andere Halbleiter ein photoaktives Material, das bei Sonneneinstrahlung die Energie des Lichts absorbiert. Dieses absorbierte Licht regt die Elektronen im TiO 2 an, wodurch Elekt- ron-Loch-Paare entstehen. Durch die Nutzung dieser Energie erleichtert TiO 2 die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, ein wichtiger Schritt bei der Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff. Allerdings absorbiert TiO 2 Licht im UV-Bereich des Spektrums, der 3 bis 4 Prozent der Sonnenenergie ausmacht, die die Erde erreicht. Dies schränkt die Verwendung von TiO 2 in praktischen Anwendungen ein. Das nationale Projekt „Solarreaktor“ hat sich daher zum Ziel gesetzt, eine Alternative zu TiO 2 zu verwenden und zu testen. Ausgewählt wurde Bismut- vanadat (BiVO 4 ) aufgrund folgender Vorteile: • Bessere Absorptionsfähigkeit: Aufgrund seiner schmalen Bandlücke (Abstand zwischen seinen Energieniveaus) absorbiert es mehr einfallendes Sonnenlicht und kann so mehr Energie aus der Sonne gewinnen. • Absorption von sichtbarem Licht: BiVO 4 absorbiert sichtbares Licht effizienter als Titandioxid. Dies ist wichtig für solarbetriebene Anwendungen, da sichtbares Licht einen bedeutenden Teil des Son- nenspektrums ausmacht. • Hohe Photoströme: Aufgrund seiner günstigen Bandlücke und Absorptionseigenschaften weist Bismutvanadat häufig hohe Photoströme auf. • Stabilität bei neutralem pH-Wert: BiVO 4 hat sich unter neutralen pH-Bedingungen als sehr stabil erwiesen, was für praktische Anwendungen von Vorteil ist. Das Projekt macht sich die Oxidationskraft von Bismutvanadat zunutze und verwendet es als Pho- toelektrode für die solare Wasseraufbereitung. An der BiVO 4 -Elektrode werden Schadstoffe im Abwasser (die leichter zu oxidieren sind als Wasser selbst) aus der Papierindustrie wie Ethylendiamintetraessigsäu- re (EDTA) zu CO 2 und Wasser oxidiert, während an der Gegenelektrode (Stahl) Wasser in Wasserstoff umge- wandelt wird. BiVO 4 realisiert dies, indem es reaktive Sauerstoffspezies erzeugt, die die Schadstoffe im Wasser zerstören. Das folgende Diagramm zeigt die Leistung von BiVO 4 bei der Zerstörung von EDTA in drei verschiedenen Kon- zentrationen. Auf der linken Seite ist die CO 2 -Menge über drei verschiedene Durchläufe zu sehen, die mit der Menge der aus dem Wasser entfernten Schadstoffe korreliert. Je höher der CO 2 -Wert, desto effizienter die Schadstoffentfernung. Auf der rechten Seite zeigt das Diagramm die Menge an Wasserstoff, die in drei Durchläufen produziert wurde. Ergebnisse aus dem Abbau von Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), das zur Farbentwicklung in der Papierindustrie Verwendung findet – links: Verlauf der CO 2 -Konzentration; rechts: Verlauf der H 2 -Konzentration Quelle: TU Wien 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Time (h) Time (h) CO 2 (ppm) H 2 (ppm) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 1000 mg L -1 100 mg L -1 10 mg L -1 1000 mg L -1 100 mg L -1 10 mg L -1 23 22 GRÜNE TREIBSTOFFE