Deutscher Durchbruch: Umwandlung von Sonnenlicht in hochleistungsfähigen Wasserstoff

Potentielle Lösung für die schmutzigste Industrie

Forscher in Deutschland haben eine hocheffiziente Methode zur Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff entdeckt, die einige der wichtigsten Herausforderungen bewältigen kann, mit denen die grüne Wasserstoffindustrie konfrontiert ist, und eine Lösung für die Dekarbonisierung einiger der schmutzigsten Industrien der Wirtschaft bietet. Das neue Prototyp-System nutzt die in Weltraumsonden verwendeten Solarmodule und ist ein Beweis dafür, dass die Herstellung von vollständig sauberen Brennstoffen in großem kommerziellen Maßstab in Zukunft möglich sein könnte.

Durchbruchtechnologie vom Fraunhofer-Institut

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, Baden-Württemberg, haben photovoltaische Zellen mit protonenleitenden Elektrolysezellen kombiniert, um ein völlig neues System zu schaffen, das Sonnenlicht mit einer Effizienz von 31,3% in Wasserstoff umwandeln kann. "Unser neuer Rekord zeigt, dass Wasserstoff sehr effizient direkt aus Sonnenlicht hergestellt werden kann", sagte Dr. Frank Dimroth.

Das Prototyp-System basiert auf III-V-Solarmodulen, den leistungsstärksten Solarmodulen, die irgendwo produziert werden. "Diese Module werden bereits seit langem in Satelliten eingesetzt, dank ihrer hohen Effizienz und Langlebigkeit."

Grüner Wasserstoff: Saubere Alternative für schwer zu dekarbonisierende Industrien

Grüner Wasserstoff wird als wichtige saubere Option für schwer zu dekarbonisierende Industrien wie Stahlherstellung und Seeverkehr gepriesen. Während Schweröl und Diesel diese Industrien mit Energie versorgen, verbrennt Wasserstoff bei hohen Temperaturen. Im Gegensatz zu den zurückbleibenden Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen sowie Schadstoffen hinterlässt die Verbrennung von Wasserstoff nur Wasserdampf.

Herausforderungen bei der Herstellung von grünem Wasserstoff

Es gibt nur ein großes Problem - Wasserstoff ist nur so grün wie die Energiequelle, die für seine Herstellung verwendet wird. Der Großteil des weltweit eingesetzten Wasserstoffs ist grauer Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird und daher nicht effektiv zur Reduzierung des CO-Fußabdrucks einer bestimmten Industrie beiträgt. Grüner Wasserstoff, der mit erneuerbaren Energien hergestellt wird, wurde seit Jahren als Silberkugel für den Übergang zu sauberer Energie beworben, aber wie so oft ist die Realität viel komplexer.

Die globalen Ambitionen für grünen Wasserstoff sind in den letzten Jahren erheblich gesunken. Eine 2025-Studie über die "Lücke zwischen Ambition und Umsetzung bei grünem Wasserstoff" ergab, dass 2023 weniger als ein Zehntel des geplanten grünen Wasserstoffes tatsächlich umgesetzt wurde. "Bei der Überwachung von 190 Projekten über 3 Jahre haben wir 2023 eine große Umsetzungslücke identifiziert, bei der nur 7% der globalen Kapazität rechtzeitig fertiggestellt wurde", heißt es in der in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlichten Studie.

Effizienz und erneuerbare Energieressourcen

In vielen, wenn nicht sogar den meisten Anwendungen sind die nützlichen erneuerbaren Energieressourcen effektiver, wenn sie direkt verbraucht werden, anstatt zur Wasserstoffproduktion verwendet zu werden. Ein 2022-Bericht der Internationalen Energieagentur für erneuerbare Energien (IRENA) warnte vor "willkürlicher Wasserstoffnutzung" und erinnerte daran, dass die extensive Nutzung von Wasserstoff "nicht den Anforderungen einer kohlenstofffreien Welt entsprechen könnte", da sie "spezielle erneuerbare Energien erfordert, die für andere Endverwendungen verwendet werden könnten". Mit anderen Worten, nur weil wir saubere Energie für Wasserstoff nutzen können, ohne dafür zu bezahlen, verlieren wir dennoch Effizienz, und diese sauberen Energiequellen könnten an anderer Stelle besser genutzt werden. Vereinfacht gesagt ist grüner Wasserstoff teuer und ineffizient in der Herstellung.

Die Erfindung des Fraunhofer-Instituts: Potenzieller Durchbruch

Aus diesem Grund könnte der Durchbruch am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE eine große Verwirrung verursachen. Anstatt mit photovoltaischen Solarmodulen Strom zu erzeugen und dann diese Energie zur Wasserstoffproduktion zu nutzen, wandelt das neue Prototyp-System Sonnenlicht direkt in Wasserstoff um, wobei der Zwischenschritt übersprungen wird. Da Sonnenlicht eine unerschöpfliche Ressource ist, könnte dieser neue Ansatz das Spiel verändern, schwere Industrien dekarbonisieren, ohne saubere Energie aus anderen Sektoren zu nehmen.

Weg zur kommerziellen Nutzung

Allerdings ist dieses Modell noch weit davon entfernt, auf dem Markt zu sein und alles zu verändern. "Die Entwicklung befindet sich noch in einem frühen Stadium, und es ist schwer zu sagen, wie schnell wir wettbewerbsfähige Systeme entwickeln können", sagte Dimroth in einer Pressemitteilung zur Forschung. "Um dieses Konzept weiterzuentwickeln, suchen wir nach Investoren für unser geplantes Spin-off-Unternehmen Clearsun Energy", so Dimroth abschließend.

Investitionskontext und Ausblick

Glücklicherweise war es selten eine bessere Zeit, Finanzierung für Forschung im Bereich grünen Wasserstoffs zu sichern. Nach Jahren sinkendes Interesse an der Technologie und fast geplatzter Startup-Blase hat die aktuelle globale Energiekrise, die durch die Hormuz-Straße ausgelöst wurde, das Interesse der Investoren an grünem Wasserstoff neu belebt. Die Umstellung schwerer Industrien auf die Verwendung von grünem Wasserstoff ist nicht nur eine nachhaltige Option, sondern wurde zu einer strategischen Priorität im Kontext der globalen Energiesicherheit.

Die Entdeckung der deutschen Forscher ist nicht nur ein technologischer Fortschritt, sondern könnte auch eine neue Welle von Investitionen in den Bereich sauberer Energie ankurbeln, insbesondere da Länder bemüht sind, ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Energiesicherheit zu erhöhen.

Die Zukunft von grünem Wasserstoff scheint heller denn je, und mit Fortschritten wie diesem könnte Wasserstoff von einer Luxusoption zu einer praktischen Lösung für die schwer zu dekarbonisierenden Industrien werden.