„nachhaltige technologien 03 | 2026"

Leistungsindikatoren für die Entwicklung solar photochemischer Prozesse Bettina Muster-Slawitsch, Sarah Meitz us dem englischen Originaltext übersetzt (KI- gestützt) von Bettina Muster-Slawitsch und Sarah Meitz. Buchkapitel: B. Muster-Slawitsch, S. Meitz, D. Rüdisser, A. Ruiz Aguirre, G. Metha, D. Kowalczyk, D. Ziegenbalg, D. Brust, M. Wullenkord: "Scaled Photoreactors for direct solar energy utilization in solar fuels (H2 and hydrocarbons) production" in: "The Carbon Cyclic Economy: A strategy for getting away from fossil carbon" Hrsg. Michele Aresta, Angela Dibenedetto und Franck Dumeignil, De Gruyter (2027). Solarphotochemische Reaktoren Solarphotochemische Reaktoren, die unter realer Sonneneinstrahlung betrieben werden, erfordern die kombinierte Betrachtung zweier Effekte: die Er- fassung und Bündelung solarer Photonen, sowie die Umwandlung der Photonenenergie zu Reaktanden durch die Sicherstellung einer passenden Reaktions- umgebung. In der photochemischen Forschung - meist unter künstlichen Lichtquellen - zeigten sich vielverspre- chende Optimierungsmöglichkeiten, insbesondere durch eine gezielte Anpassung der Intensität, Wellenlänge und räumlichen Verteilung des Pho- tonenflusses [1] . Diese Parameter behalten auch bei Betrieb von Photoreaktoren unter realem Sonnenlicht ihre Gültigkeit. Der Betrieb von Photo- reaktoren unter realem Sonnenlicht erfordert die Sicherstellung eines effizienten optischen Moduls, um die Photonen in der gewünschten Ziel-Wellenlän- ge, Winkel und Intensität auf den Reaktor auftreffen zu lassen. Diese optischen Module definieren die Effi- zienz der Nutzung der solaren Einstrahlung, mögliche Konzentrationsfaktoren und sollen sicherstellen, dass die spektralen Eigenschaften der am Reaktor auftreffenden Photonen ideal auf die Prozessziele angepasst sind. Im Photoreaktor selbst steht die effiziente Umwandlung der Photonenenergie zur Elektronenanregung und die elektrochemische Reaktion im Fokus. Der Reaktor und das Reaktions- medium (Elektrolyt, Ausgangsstoffe wie CO 2 oder Abwasser) sowie die Konzentration der Reaktanden haben Einfluss auf eine Vielzahl von Parametern, die den Ablauf der Reaktion bestimmen: Licht- streuung, optische Weglänge, Photonenabsorption, Umwandlung der auftreffenden Photonen zu den reaktiven Elektronen, Reaktionskinetik (evtl. beein- A Foto: ACR_schewig-fotodesign Erfassen der Einstrahlung (Spektralauflösung) Lichtkonzentration (Spektralauflösung) Wellenlängenmodifikation / Spektralsplitting optische Verluste "optisches Modul" - Photonensammlung Transmission (spektral-aufgelöst) durch Reaktoroberfläche Lichtstreuung im Medium, optische Weglänge Photonenabsorption durch photoaktives Material scheinbare Quantenausbeute Reaktionskinetik, Produktverteilung & Entnahme thermische Effekte (Temperaturerhöhung) thermische und optische Verluste "Reaktionsmodul" - Photonenumwandlung auftreffende Photonen auf den Reaktor Abbildung 1: Effekte des optischen Moduls (Photonensammlung) und des Reaktionsmoduls (Photonenumwandlung) eines solaren Photoreaktors Quelle: AEE INTEC, Bettina Muster-Slawitsch