„nachhaltige technologien 03 | 2026"

Konzentrators. Beide Kollektoren nutzen eine spektra- le Aufteilung, um die unterschiedlichen Bereiche des Sonnenstrahlungsspektrums optimal für die Erzeu- gung der drei gewünschten Energieträger einzusetzen. Abbildung 1 zeigt das Funktionsschema der po- lygenerierenden SPECTRUM-Solarkollektoren. Die Sonnenstrahlung wird von einem Konzentrator gesammelt und auf eine spektral aufteilende Schicht geleitet. Diese trennt die konzentrierte Sonnenstrah- lung in zwei Strahlungsanteile. Ein überwiegend aus Infrarotstrahlung bestehender Anteil wird zum thermischen Absorber geleitet und dort absorbiert. Dadurch wird das im thermischen Receiver zirkulierende Wärmeträgerfluid erwärmt. Der zweite Anteil, der aus UV- und sichtbarer (VIS)- Strahlung besteht, wird zu einem mit Abwasser und Photokatalysatoren gefüllten photokatalytischen Reaktor geleitet. In diesem Reaktor treibt die UV-Strahlung eine photo- katalytische Reaktion zur Wasserstofferzeugung an. Das Abwasser dient dabei sowohl als Wasserquelle als auch als Quelle für Opferreagenzien 2 . Die verblei- bende VIS-Strahlung trifft auf Photovoltaikzellen und erzeugt elektrische Energie. Abbildung 1: Konzeptionelles Betriebsschema der im Projekt SPECTRUM entwickelten polygenerierenden Solarkollektoren Quelle: SPECTRUM-Projekt / LNEG Ein besonderes Merkmal des Kollektordesigns ist der Einsatz zweifach funktionaler Photokatalysatoren. Diese basieren auf mit Kupfer modifiziertem Titan- dioxid und ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von Wasserstoff und Reinigung des Abwassers. Industrielles Abwasser wird dadurch zu einer Quelle für Wasser und Opferreagenzien für die photokataly- tische Reaktion. Hauptaktivitäten von SPECTRUM Zu Beginn der Projektaktivitäten stand die Ermitt- lung von Industriezweigen, in denen organisch belastete Industrieabwässer mit vielverspre- chenden Eigenschaften für die photokatalytische Wasserstofferzeugung anfallen (beispielsweise Lebensmittel- und Pharmaindustrie, Bioraffinerien und Biokraftstoffe). Es wurden allgemeine Leitlinien zur Identifizierung von Industrieabwässern als Quellen für Opfersubstanzen zur photokatalytischen Wasserstofferzeugung entwickelt, die auf der Projekt-Website verfügbar sind 3 . Weiters wurde die Zusammensetzung von unter- schiedlichen industriellen Abwässern analysiert. Ziel war es, organische Verbindungen zu identifizieren und zu quantifizieren, die als Opfersubstanzen dienen können. Basierend auf den Ergebnissen zeigten industrielle Abwässer aus dem pharmazeutischen Sektor und aus der Biokraftstofferzeugung das größte Potential für die photokatalytische Wasserstoffer- zeugung und wurden für die Versuchskampagnen ausgewählt. Die Photokatalysatoren wurden speziell auf die gewählten Abwässer abgestimmt entwickelt und experimentell im Labormaßstab unter künstli- chem Licht getestet. Sie inkludieren Kupfer-dotierte Titandioxid-Photokatalysatoren, welche keine Edelmetalle enthalten und derart ausgelegt sind, dass sie leicht rückgewonnen, regeneriert und wie- derverwendet werden können (Abbildung 2). Derzeit werden die neuen Photokatalysatoren unter realem Sonnenlicht getestet. Parallel zur Katalysatorentwicklung wurden die beiden polygenerierenden Kollektordesigns SPECTRUM-LT und SPECTRUM-HT auf Grundlage der bestehenden Konzepte weiterentwickelt. Die Forschungs- und Ent- wicklungsarbeiten wurden unter Berücksichtigung der identifizierten Industriesektoren durchgeführt und umfassten die Auslegung der optischen, thermischen, elektrischen und photokatalytischen Teilsysteme der Prototypen mit dem Ziel, diese synergistisch in einem einzigen Gerät zu integrieren. UV – Ultraviolettes Licht, IR – Infrarot, VIS – sichtbares Licht 2 Opferreagenzien ermöglichen in einer katalytischen Reaktion durch Oxidation/Reduktion den Ablauf des gewünschten katalytischen Prozesses 3 https://project-spectrum.eu/wp-content/uploads/2025/10/SPECTRUM_D1.1_Guidelines_potential_IWW_sources_sacrificial_agents_photocatalytic_H2_production_v1.0.pdf 4 COD – Chemischer Sauerstoffbedarf, um alle oxidierbaren Stoffe in einer Wasserprobe chemisch zu oxidieren (Chemical Oxygen Demand); TOC – gesamter organischer Kohlen- stoff im Abwasser (Total Organic Carbon); BOD5 – Biochemischer Sauerstoffbedarf, den Mikroorganismen in fünf Tagen verbrauchen, um organische Stoffe im Abwasser aerob abzubauen (Biochemical Oxygen Demand) Abbildung 2: Transmissionselekt- ronenmikroskopische Aufnahme (TEM) der im SPECTRUM- Projekt entwickelten Kupfer-dotierten- Titandioxid-Nanotube- Photokatalysatoren Quelle: SPECTRUM-Projekt / Universität Bologna SPECTRUM-Kollektor Solarstrahlung Konzentrierte Solarstrahlung Konzentrator Spektrale Aufteilung Aufbereitetes Abwasser Strom Abwasser Thermischer Absorber heißes Wärmeträger- medium kaltes Wärmeträgermedium PV-Zellen H2 zu Reinigung/ Speicher/Gebrauch Photo- katalytischer Reaktor VIS IR UV+VIS