Grüner Wasserstoff gilt als eine der zentralen Technologien für die klimaneutrale Transformation von Industrie und Energiesystem. Doch seine Produktion ist bislang teuer, technisch aufwendig und stark an bestehende Infrastruktur gebunden. Genau hier setzt photreon an: Das KIT-Spin-off entwickelt ein Photoreaktorpaneel, das Wasserstoff unmittelbar aus Sonnenlicht und Wasser erzeugt – ohne Elektrolyse und ohne elektrische Energiezufuhr.

„Wir überspringen den Umweg über stromgebundene Elektrolyse und produzieren chemische Energie aus Sonne und Wasser“, sagt Mitgründer Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. Ziel sei es, mit modularen Paneelen die solare Wasserstoffproduktion einfacher und zugleich wirtschaftlich skalierbar zu machen.

Licht als direkter Antrieb der Reaktion

Technisch basiert der Ansatz auf Photokatalyse. Anders als bei der Photovoltaik, bei der Licht zunächst in Strom umgewandelt wird, dient die Sonnenenergie hier unmittelbar der Auslösung chemischer Reaktionen. Spezielle lichtaktive Materialien nehmen die Energie der Strahlung auf und versetzen Elektronen in einen angeregten Zustand. Diese ermöglichen anschließend die Spaltung von Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂).

„Photovoltaik und Elektrolyseur werden in einem Prozessschritt durch das Photoreaktorpaneel ersetzt“, erklärt Maren Cordts vom IMVT und ebenfalls Mitgründerin das Prinzip. „Das senkt die Systemkosten und -komplexität bei der Produktion von grünem Wasserstoff erheblich.“

Die Umsetzung erfolgt über ein vom KIT zum Patent angemeldetes Photoreaktorpaneel. Dessen Geometrie ist so gestaltet, dass das Sonnenlicht gezielt ins Innere geleitet wird und dort das aktive Material gleichmäßig ausleuchtet. „Wir haben die Reaktorgeometrie so ausgelegt, dass Lichttransport, chemische Reaktion und Abtransport der Produkte optimal zusammenspielen und konnten so die Wasserstoffproduktion in unserem Ein-Quadratmeter-Prototyp zeigen“, so Kant.

Das System sei zudem auf industrielle Fertigung ausgelegt und könne mit gängigen Massenproduktionsverfahren und kostengünstigen Materialien hergestellt werden. Durch den modularen Aufbau lasse es sich sowohl kleinräumig einsetzen als auch zu größeren Flächen zusammenschalten.

Einsatz vom Werksdach bis zum Solarpark

Gedacht ist die Technologie für Anwendungen, in denen Wasserstoff bislang zu teuer oder logistisch schwer verfügbar ist – etwa in der Spezialchemie, der Lebensmittelindustrie oder der Metallverarbeitung. Ebenso sollen großflächige Solarprojekte in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung möglich werden.

„Gerade dort, wo weder Stromnetze noch eine Anbindung an ein Wasserstoffnetz vorhanden sind, eröffnet unsere Technologie neue Spielräume für die lokale Erzeugung“, sagt Cordts. Die Bandbreite reiche von der dezentralen Versorgung einzelner Produktionsstandorte bis zur industriellen Erzeugung für den internationalen Markt.

Quelle: Karlsruher Instituts für Technologie