„nachhaltige technologien 03 | 2026"

flusst durch Temperaturentwicklung im Reaktor), sowie Produktverteilung und -entnahme. Abbildung 1 fasst einige wichtige Effekte der optischen Einheit sowie der Reaktoreinheit in solaren Photoreaktoren zusammen. Umsetzungsdesigns von solaren Photo- reaktoren können dabei unterschiedlich ausgeführt werden, wie Abbildung 2 anschaulich darstellt. Key Performance Indikatoren Solare Photoreaktoren werden häufig anhand der scheinbaren Quantenausbeute (Apparent Quantum Yield, AQY) bewertet. Diese beschreibt die Anzahl der umgesetzten Elektronen bezogen auf die effektive Anzahl der einfallenden Photonen. Sie berücksichtigt jedoch weder die Effizienz der Photonenerfassung noch Verluste infolge des optischen Transports oder der spektralen Verteilung. Die Bewertung einer um- fassenden Systemeffizienz sollte daher die gesamte Umwandlungskette von der Erfassung der Sonnenstrahlung bis zur Produkterzeugung einschließen. Deme n t s p r e c h e n d gewinnen systembe- zogene Kennzahlen wi e d i e „ So l a r- t o - X “ ( S T X ) - E f f i z i e n z zunehmend an Bedeu- tung, um den prakti- schen Beitrag solarer Photoreaktoren zur industriellen Herstel- lung von Brennstoffen oder Chemikalien zu bewe r t en . B i s l ang existiert jedoch keine eindeutige Norm oder allgemein anerkannte Definition für deren Berechnung [2,3] . In den meisten Fällen wird die Änderung der Gibbs-Energie ΔG zwischen den Edukten und Produkten verwendet, um die tatsächlich in den Produkten gespeicherte beziehungsweise umgewandelte Energie zu be- schreiben. Dies ist insbesondere beim Photorefor- ming 1 problematisch, da sowohl die Reduktions- als auch die Oxidationsreaktion berücksichtigt werden müssen [4] . Alternativ wird vorgeschlagen analog zu anderen Verfahren der Brennstoff- oder Chemikalien- umwandlung den unteren Heizwert (Lower Heating Value, LHV) oder den oberen Heizwert (Higher Heating Value, HHV) heranzuziehen. Wird die STX-Effizienz eines Reaktors unter Vernach- lässigung des optischen Moduls bewertet, hängt Q solar von der spektralen Verteilung und der Intensität der auf den Reaktor auftreffenden Photonen ab. Eine Norm, die dieses Vorgehen und die dabei auftreten- den optischen Verluste, spektralen Veränderungen und Konzentrationseffekte berücksichtigt, existiert „Seit 50 Jahren bringt das SHC-Programm Fachleute aus aller Welt zusammen, um technische Herausforderungen mithilfe von Solarenergie zu lösen. Task 72 führt diese Tradition durch seine gemeinschaftlichen Arbeiten an Photoreaktoren zur Erzeugung erneuerbarer Kraftstoffe und nachhaltiger Chemikalien in einem entscheidenden Bereich fort, der die Dekarbonisierung schwer zu dekarbonisierender Sektoren unterstützt. Damit ist Task 72 ein hervorragendes Beispiel für das breite Technologieportfolio des SHC- Programms.“ Lucio Mesquita, Natural Resource Canada, Solar Heating and Cooling Programme (IEA SHC) Chair of the Executive Committee Foto: privat Abbildung 2: Klassifizierung von solaren Photoreaktoren Quelle: AEE INTEC, Sarah Meitz, Zeichnungen KI gestützt Photoelektrochemische Reaktoren (PEC) Photokatalytische Reaktoren (PC) Geometrie Hydro- dynamische Betriebsweise Photoaktive Phase / Konfiguration Phasensystem Beleuchtung Auf Photoelektroden basierende Systeme mit Elektrolyt und Ladungstransport über einen externen Stromkreis; Oxidation und Reduktion können räumlich getrennt sein Katalysator in Lösung, Suspension oder auf immobilisiertem Träger; kein externer Stromkreis erforderlich • Rohrreaktor • Plattenreaktoren • Rührkessel • Festbett • Monolith PC = Photokatalytische Reaktoren PEC = Photoelektrochemische Reaktoren • Plattenreaktoren/ Sandwichzelle • Rohreaktor • 2-Kopartment Reaktor inkl. Membran • Batch • Semi-Batch (rezirkulierend) • Kontinuierlich • Pfropfenströmung • Batch • Semi-Batch (rezirkulierend) • Kontinuierlich • Anoden-/Kathodenkompartiment unabhängig voneinander • zB durchströmte poröse Elektrode • Homogene Flüssigkeit • Flüssig-Feststoff-Suspension • Flüssig-Feststoff-Immobilisiert • Gas-Feststoff • Gas-Flüssig-Feststoff • Festkörperelektrode - Flüssigelektrolyt • Gas - Festkörperelektrode - Flüssigelektrolyt • Homogener Photokatalysator • Photokatalysator in Suspension • Immobilisierter Photokatalysator • Fluidisierter/Zirkulierender • Photokatalysator • Photoanode + Dunkelkathode • Photokathode + Dunkelanode • Tandem Photoanode/-kathode • Integrierte PEC • Extern oder intern • Direkt oder indirekt • Konzentrierte vs. Nicht konzentriert • Einseitige Beleuchtung Photoanode oder Photokathode • Back vs. Front Beleuchtung Katalysator • Beidseitige Beleuchtung Photoanode und Photokathode • Konzentriert vs. Nicht konzentriert Klassifizierung von solaren Photoreaktoren 1 Photoreforming nutzt Sonnenlicht und spezielle Katalysatoren für die Umwandlung von beispielsweise Abwasser zu Wasserstoff und weiteren Chemikalien 19 18 SOLAR-TO-X: VOM SONNENSTRAHL ZUM MOLEKÜL