Die offizielle Aussage von Toyota könnte utopischer nicht beginnen: "Es fühlt sich an wie Magie: Wir bringen ein bestimmtes Gerät in Kontakt mit der Luft, setzen es dem Sonnenlicht aus und es beginnt, kostenlos Kraftstoff zu produzieren."
Kostenlos? Mögen?
Erstens ist der Kraftstoff, auf den sie sich beziehen, nicht Benzin oder Diesel, sondern Wasserstoff. Und Toyota ist bekanntlich einer der Hauptakteure auf diesem Gebiet, dem der Brennstoffzellen-Fahrzeuge oder Brennstoffzelle, die Wasserstoff verwenden, um die elektrische Energie zu erzeugen, die zum Schalten des Fahrzeugs benötigt wird.
Eines der größten Hindernisse für den Ausbau dieser Technologie liegt gerade in der Herstellung von Wasserstoff. Obwohl es das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist, scheint es leider immer an ein anderes Element „gebunden“ zu sein – ein übliches Beispiel ist das Wassermolekül H2O – das komplizierte und kostspielige Prozesse erfordert, um es zu trennen und zu speichern.
Und wie sich Toyota erinnert, verwendet die Wasserstoffproduktion immer noch fossile Brennstoffe, ein Szenario, das die japanische Marke ändern will.
Laut Aussage von Toyota Motor Europe (TME) ist ihnen ein wichtiger technologischer Fortschritt gelungen. In Partnerschaft mit DIFFER (Niederländisches Institut für grundlegende Energieforschung) ein Gerät entwickelt, das in der Lage ist, den in der Luft vorhandenen Wasserdampf zu absorbieren und Wasserstoff und Sauerstoff direkt unter Verwendung von Sonnenenergie zu trennen — daher bekommen wir kostenlosen Treibstoff.
Für diese gemeinsame Entwicklung gibt es im Wesentlichen zwei Gründe. Erstens brauchen wir neue, nachhaltige Kraftstoffe – wie Wasserstoff –, die unsere Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen verringern können; zweitens ist es notwendig, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren.
Die Abteilung Advanced Materials Research von TME und die Gruppe Katalytische und elektromechanische Prozesse für Energieanwendungen von DIFFER unter der Leitung von Mihalis Tsampas arbeiteten zusammen, um eine Methode zur Aufteilung von Wasser in seine Bestandteile in seiner gasförmigen (Dampf-)Phase und nicht in der üblicheren flüssigen Phase zu entwickeln. Die Gründe werden von Mihalis Tsampas geklärt:
Mihalis Tsampas, katalytische und elektromechanische Prozesse für Energieanwendungen von DIFFERDas Arbeiten mit Gas statt mit Flüssigkeit hat mehrere Vorteile. Flüssigkeiten haben einige Probleme, wie zum Beispiel unbeabsichtigte Blasenbildung. Durch die Verwendung von Wasser in seiner gasförmigen Phase anstelle seiner flüssigen Phase benötigen wir außerdem keine kostspieligen Einrichtungen zur Reinigung des Wassers. Und schließlich, da wir nur Wasser verwenden, das in der Luft um uns herum vorhanden ist, ist unsere Technologie an abgelegenen Orten anwendbar, an denen kein Wasser verfügbar ist.
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Der erste Prototyp
TME und DIFFER demonstrierten die Funktionsweise des Prinzips und entwickelten eine neue photoelektrochemische Festkörperzelle, die in der Lage ist, Wasser aus der Umgebungsluft aufzufangen, wo es nach Sonneneinstrahlung begann, Wasserstoff zu erzeugen.
Dieser erste Prototyp hat es geschafft beeindruckende 70 % der Leistung eines gleichwertigen wassergefüllten Geräts – vielversprechend. Das System besteht aus Polymerelektrolytmembranen, porösen Photoelektroden und wasserabsorbierenden Materialien, kombiniert in einem speziellen Gerät mit integrierter Membran.
die nächsten schritte
Das vielversprechende Projekt konnte angesichts der bereits erzielten Ergebnisse Mittel aus dem NWO ENW PPS Fund zugewiesen bekommen. Der nächste Schritt besteht darin, das Gerät zu verbessern. Der erste Prototyp verwendete Photoelektroden, die als sehr stabil bekannt sind, aber er hatte seine Grenzen, wie Tsampas sagt: „…das verwendete Material absorbierte nur UV-Licht, das weniger als 5% des gesamten Sonnenlichts ausmacht, das die Erde erreicht. Der nächste Schritt besteht darin, modernste Materialien einzusetzen und die Architektur zu optimieren, um die Wasser- und Sonnenlichtaufnahme zu erhöhen.“
Nach Überwindung dieser Hürde kann die Technologie möglicherweise skaliert werden. Die zur Wasserstofferzeugung verwendeten photoelektrochemischen Zellen sind sehr klein (ca. 1 cm2). Um wirtschaftlich rentabel zu sein, müssen sie mindestens zwei bis drei Größenordnungen (100- bis 1000-mal größer) wachsen.
Obwohl er dort noch nicht angekommen ist, hofft Tsampas, dass ein solches System in Zukunft nicht nur beim Bewegen von Autos, sondern auch bei der Stromversorgung von Häusern dienen kann.