Züricher Forscher entwickelten elektrochemische Solarzelle mit doppelter Ausbeute
Zürich. Ein bestimmter Baustein von Blaualgen, das Phycocyanin, verbessert die elektrochemische Wasserstoffproduktion mittels Sonnenlicht. Materialforscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich entwickelten das neue Verfahren, in dem sie sich von der natürlichen Fotosynthese inspirieren ließen.
Die Fotosynthese wandelt in der Natur mithilfe von Sonnenlicht Kohlendioxid und Wasser in energiereiche Stoffe - Kohlenhydrate - um. Doch lässt sich Wasser mittels Sonnenlicht nicht nur mit Kohlenstoff verbinden, sondern es lässt sich auch spalten, zu Sauer- und Wasserstoff.
Um den begehrten Energieträger Wasserstoff zu gewinnen, gibt es bereits spezielle Solarzellen (Photoelektrochemische Zellen oder PEC), die mithilfe von sichtbarem Licht zunächst Strom erzeugen, der dann Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Elektroden der Zellen bestehen typischerweise aus Metalloxiden, etwa aus Hämatit, einer Form des Eisenoxids. Zusammen mit Kollegen der Universität Basel und des US-amerikanischen Argonne National Laboratory entwickelten die Züricher Forscher eine PEC-Elektrode aus Hämatit-Nanopartikeln, mit der sich Wasser doppelt so effizient spalten lässt wie mit bisherigen Eisenoxid-Elektroden.
Ihr Ansatz: Sie "verpackten" die winzigen Nanopartikel mit einem Netz aus dem Blaualgenprotein Phycocyanin und nutzten damit einen wichtigen Bestandteil der natürlichen Fotosynthese in mikroskopisch kleinen Blaualgen (Cyanobakterien). Dort fungiert Phycocyanin als wichtigste Licht sammelnde Komponente. "Ich wollte die Fotosynthese sozusagen nachbauen", sagt Debajeet K. Borat, der die neue Elektrode im Rahmen seiner Doktorarbeit an der ETH entwickelte.
Das spezielle Eiweißnetz verbessert nicht nur die Hämatit-Elektroden, es erweist sich - wider Erwarten - zudem als sehr robust. Es überlebt den Betrieb in der PEC und verleiht ihr einen wichtigen Vorteil: "Die organischen Moleküle verdoppeln den Photostrom. Das ist ein enormer Fortschritt", urteilt Projektleiter Artur Braun.
(hi)