Glühendes grünes Wasserstofffeld ist jetzt noch heißer (und grüner)

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Die Intertubes waren voller Nachrichten über das erste Milliarden-Dollar-Einhorn, das aus dem kochenden Eintopf grüner Wasserstoff-Startups hervorgegangen ist. Das ist alles schön und gut, aber unter der Oberfläche brodelt auch eine weitere neue Entwicklung im Wasserstoffbereich. Spoiler-Alarm: Wie spricht man „photoelektrochemisch“ aus?

Grüner Wasserstoff und das Milliarden-Dollar-Einhorn

Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema noch nicht vertraut sind: Wasserstoff ist das Schmiermittel, das das Getriebe der modernen Industriegesellschaft und ihrer Lebensmittelsysteme schmiert. Wasserstoff ist der grundlegende Input für Kraftstoffe, Düngemittel, Raffineriebetriebe, Pharmazeutika, Toilettenartikel, Gesundheitsgetränkeund mehr.

Im Hinblick auf die globale Lieferkette ist Wasserstoff jedoch das Gegenteil von gesund. Die Hauptquelle für Wasserstoff ist Erdgas, gefolgt von Kohle und anderen fossilen Rohstoffen.

Grüner Wasserstoff ist eine neue Entwicklung in der Szene, die durch die seit Anfang der 2000er Jahre sinkenden Kosten für Wind- und Solarenergie ermöglicht wurde.

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolysesysteme hergestellt, die mit elektrischem Strom Wasserstoffgas aus Wasser herauslösen. Nachhaltig betrachtet macht das keinen Sinn, wenn der Strom aus einem konventionellen, mit fossilen Ressourcen gespickten Netzmix stammt. Allerdings betonen die Puristen des grünen Wasserstoffs, dass nur erneuerbare Energien genutzt werden sollen.

Die Technologie hinter der Elektrolyse ist seit über 200 Jahren bekannt, doch die ganze Zeit über schlummerte sie in der Wasserstoffversorgungskette, während fossile Brennstoffe dominierten. Kostengünstige erneuerbare Energien bieten Innovatoren die Möglichkeit, mit besseren, schnelleren und günstigeren Elektrolysesystemen Investorengelder anzuziehen.

Hier kommt das milliardenschwere Einhorn ins Spiel. Letzte Woche rief ein US-Startup an Elektrischer Wasserstoff sammelte in einer Finanzierungsrunde der Serie C 380 Millionen US-Dollar für den Bau eines besseren Elektrolyseurs. Dadurch stieg der Unternehmenswert auf über eine Milliarde US-Dollar und erhielt den Titel „ das erste Einhorn der Branche aus Das Wall Street Journal (Paywall-Alarm).

Grünes Wasserstoff-Einhorn geht nach Texas

Der tiefrote Bundesstaat Texas ist aus den üblichen Gründen republikanisch berühmt geworden, etwa wegen des Protektionismus bei fossilen Energieträgern Wählerunterdrückunggemütlich machen weiße Rassistenalles geht Waffenverordnungdrakonisch Abtreibungsgesetze, Buchverbote, Schleppverboteverschieden Krisen im Bereich der öffentlichen Gesundheit und andere solche Angelegenheiten.

Dennoch ist Texas seit Anfang der 2000er Jahre ein Epizentrum der Wind- und Solarentwicklung in den USA. Es ist bereit, sich auch die nachhaltige H2-Girlande zu schnappen, nachdem es vor einigen Jahren den Grundstein für eine auf erneuerbaren Energien basierende Wasserstoffindustrie gelegt hat.

Electric Hydrogen (kurz EH2) ist eines von einer wachsenden Zahl nichtstaatlicher Unternehmen für grünen Wasserstoff, die sich in Texas niederlassen und dort ihr schlüsselfertiges Geschäftsmodell in die Tat umsetzen. Das Unternehmen produziert seine Elektrolyseur-Stacks bereits in seinem Heimatstaat Massachusetts mit einer erwarteten Leistung von bis zu 2 Gigawatt pro Jahr. Die Stapel werden nach Texas verschifft, wo sie in das baufertige, modulare System des Unternehmens eingebaut werden. EH2 geht davon aus, dass das Werk in Texas noch vor Ende nächsten Jahres in Betrieb gehen wird.

All diese Aktivitäten haben die Aufmerksamkeit des globalen Energie-Startups auf sich gezogen Neue Festungsenergie. NEF startete 2014 mit einem Schwerpunkt auf Flüssigerdgas, doch der aufstrebende Bereich des grünen Wasserstoffs scheint einen Umstieg auf die Elektrolyse motiviert zu haben. Laut einer Pressemitteilung von Electric Hydrogen vom September hat NEF die neuen Elektrolyseure von EH2 in seine Pläne zum Bau einer großen neuen Produktionsanlage für grünen Wasserstoff in Texas einbezogen. Die neue Anlage befindet sich an einem später noch zu benennenden Standort und wird eine Kapazität von bis zu 50 Tonnen grünes H2 täglich.

Wie spricht man „Photoelektrochemisch“ aus?

Der Wirbelsturm der Aktivitäten in der Elektrolyseindustrie hat andere wichtige Entwicklungen im Bereich des grünen Wasserstoffs etwas verdeckt, und hier kommt die Photoelektrochemie ins Spiel.

Vereinfacht gesagt eliminiert eine photoelektrochemische Zelle die Energiezwischenperson. Im Gegensatz zu Elektrolysesystemen, die Strom aus eigenständigen Anlagen importieren, ist die photoelektrochemische Zelle ein All-in-One-Gerät, das Sonnenlicht nutzt, um eine chemische Reaktion in Wasser zu katalysieren.

Die Fähigkeit photoelektrochemischer Zellen, direkt mit der Sonne zu reagieren, würde sie theoretisch weitaus effizienter und weitaus kostengünstiger machen als herkömmliche Elektrolysesysteme.

Photoelektrochemische Zellen eignen sich auch für die Verkleinerung, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, dass photochemische Reaktoren neben HVAC-Systemen, Wärmepumpen, Wäschereigeräten und Küchengeräten in die Liste der Standardhaushalts- und Gewerbegeräte aufgenommen werden.

Wenn Ihnen das bei Ihnen klingelt, denken Sie vielleicht an das Konzept des „künstlichen Blattes“. Es überquerte die CleanTechnica Radar im Jahr 2011, wann Daniel Nocera vom MIT stellte die Vision eines kartengroßen photoelektrochemischen Geräts vor, das die natürlichen Systeme nachahmt, die Wasserstoff aus Wasser produzieren (weitere Berichterstattung finden Sie hier).

Photoelektrochemische Zellen treffen schließlich auf grünen Wasserstoff

Natürlich steckt der Teufel im Detail. Zunächst müssen photoelektrochemische Zellen mit korrosionsbeständigen Elementen ausgestattet sein, die ein Leben lang dem Eintauchen in Wasser standhalten.

Dennoch liebt die Wissenschaft Herausforderungen und die Arbeit geht zügig weiter. Bei der neuesten Entwicklung gab letzte Woche ein Forschungsteam der Universität Tübingen in Deutschland einen Meilenstein seiner Bemühungen bekannt ein künstliches Blatt herstellenmit dem Ziel, die Produktion von grünem Wasserstoff für die Industrie zu dezentralisieren.

Das Herzstück der Bemühungen ist eine neue hocheffiziente Solarzelle. Alles darüber können Sie im Journal nachlesen Zellberichte Physikalische Wissenschaftunter dem Titel, “Photoelektrochemische Schlenk-Zellen-Funktionalisierung von Mehrfachverbindungen wasserspaltende Photoelektroden.”

Für diejenigen unter Ihnen, die viel unterwegs sind: Das Wesentliche ist, dass sich das Team auf eine Lösung im Nanometerbereich für die kristallinen Defekte konzentriert hat, die die Effizienz und Stabilität einer photoelektrochemischen Zelle beeinträchtigen können, und gleichzeitig Fortschritte an der Korrosionsfront gemacht hat.

Bei der Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare Wasserstoffenergie meldete das Tübinger Team einen Wirkungsgrad von 18 %. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber der 12-Prozent-Marke, die bei ersten Versuchen aus dem Jahr 1998 an anderen Forschungseinrichtungen erreicht wurde. Einen neuen Rekord stellten die Tübinger allerdings nicht auf. Dieser Anspruch wird immer noch von einem US-Team gehalten, das es geschafft hat ein Wirkungsgradrekord von 19 % vor fünf Jahren, im Jahr 2018, was zeigt, wie schwierig es sein kann, eine bessere Mausefalle zu bauen.

In jedem Fall ist die höchste Umwandlungseffizienz nicht im Gleichschritt mit der kommerziellen Reife verbunden. Die Schule zitiert Erica Schmitt, die Erstautorin der Studie, die erklärt: „Was wir hier entwickelt haben, ist eine Technologie zur solaren Wasserstoffproduktion, die keinen leistungsstarken Anschluss an das Stromnetz erfordert.“

„Damit sind auch dauerhafte kleinere Insellösungen zur Energieversorgung denkbar“, ergänzt Schmidt.

Vorwärts und aufwärts für das künstliche Blatt der Zukunft

Zu den nächsten Schritten gehört die Übertragung der Technologie auf eine wirtschaftlichere Silizium-basierte Plattform sowie die weitere Fokussierung auf Stabilität und Kosten.

Das kann eine Weile dauern, aber das Team hat Hilfe parat. Ihre Arbeit ist Teil eines umfassenderen photoelektrochemischen F&E-Programms in Deutschland namens „ H2Demo. Das Programm startete 2021 mit Unterstützung Deutschlands Bundesministerium für Bildung und Forschung (auf Deutsch BMBF für Bundesministerium für Bildung und Forschung) und Fraunhofer ISE am Ruder.

Weitere Partner sind AZUR SPACE, Helmholtz Zentrum Berlin, HQ Dielectrics, LayTec AG, Philipps-Universität Marburg, Plasmetrex GmbH, SEMPA, Technische Universität Ilmenau, Universität München und die Universität Ulm.

Wenn Sie sich fragen, wie es den USA in diesem Bereich ergeht, ist das eine gute Frage. Das Energieministerium hat ein Standesamt eingerichtet Photoelektrochemische Arbeitsgruppe um die Dinge mit der Unterstützung des Neuen am Laufen zu halten Liquid Sunlight Allianceeine Initiative für künstliche Blätter, die mehrere Labore des Energieministeriums und andere Interessengruppen vereint.

Wo ist der Kongress?

Natürlich wären keine Nachrichten über erneuerbare Energien vollständig, ohne die Führung der Republikaner im Kongress zu erwähnen, oder auch nicht.

In einer Zeit, in der sich die globale wirtschaftliche und militärische Macht der USA voll und ganz darauf konzentrieren sollte, ihren Verbündeten – nämlich der Ukraine und Israel – zu helfen Von den Republikanern geführtes Repräsentantenhaus hat sich voll und ganz darauf konzentriert, das Äußerste zu unterbieten Amerikanischer Exzeptionalismus Sie geben vor, sich dafür einzusetzen.

Zum Beispiel wäre jetzt ein guter Zeitpunkt für den republikanischen Senator Tommy Tuberville aus Alabama, seine Kandidatur fallen zu lassen Halten Sie Hunderte von militärischen Beförderungen ab. Das ist nur ein Beispiel. Wenn Ihnen weitere einfallen, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

Foto (beschnitten): Das Herzstück dieses Sonnensimulators ist eine winzige photoelektrochemische Zelle, die in der Lage ist, Wasserstoff aus Wasser zu pressen, ohne dass eigenständige Anlagen für erneuerbare Energien erforderlich sind (mit freundlicher Genehmigung der Universität Tübingen, Copyright Valentin Marquardt/Universität Tübingen).

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