Die grünen Energiequellen der Zukunft
Ein schwimmendes künstliches Blatt und Solardachziegel: Diese kreativen Innovationen produzieren grüne Energie und können zukünftig fossile Brennstoffe ersetzen.
Auf dem Dach der Technischen Hochschule Köln testen die Forschenden die neuen Solardachpfannen. Sie sehen aus wie herkömmliche Dachziegel, können aber Entscheidendes zur Energiewende beitragen.
Was bereits seit Jahren bekannt ist, wird durch die diesjährige Energiekrise noch einmal besonders deutlich: Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen kann keine Dauerlösung sein. Schädlich für die Umwelt, schlecht fürs Klima, endliche Ressourcen, Abhängigkeiten von anderen Ländern – die Liste der negativen Aspekte ist lang. Deutschland setzt deswegen zunehmend auf erneuerbare Energien.
Windkraft und Photovoltaik sind in diesem Kontext wohl die bekanntesten Vertreter. Doch die Forschung bleibt kreativ und entwickelt stetig neue Lösungen, um die Energiewende voranzutreiben. Wie ein schwimmendes Blatt und Dachziegel der etwas anderen Sorte zur Energieversorgung der Zukunft beitragen können, wissen Forschende der University of Cambridge und der Technischen Hochschule Köln.
Künstliches Blatt erzeugt Grünen Wasserstoff
Der Chemiker Virgil Andrei und sein Team von der University of Cambridge in England nahmen sich in ihrer Studie, die in der Zeitschrift Nature erschien, ein Beispiel an der Natur: Pflanzen sind regelrechte Kraftwerke und stellen mithilfe der Photosynthese ihre eigene Energie her. Das veranlasste das Forschungsteam aus England dazu, ultradünne Solarfabriken zu entwerfen, die nach dem Vorbild der Photosynthese Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Sonnenlicht elektrochemisch umwandeln – und so Grünen Wasserstoff produzieren.
Dieses künstliche Blatt ist nur so groß wie eine Hand, aber steckt voller Power: Es erzeugt fast genauso viel Energie wie ein natürliches Blatt.
Ihre autarken Solarmodule sehen aus wie ein Blatt, wiegen nur 30 bis 100 Milligramm pro Quadratmeter und können sogar auf einer Wasseroberfläche schwimmen. Sie bestehen aus einer Polymer-Unterlage und zwei lichtabsorbierenden Photoelektroden, die mit organischen Halbleitern kombiniert wurden, sowie Katalysatoren und Kohlenstoffnanoröhrchen. Mithilfe dieser speziellen Deckschicht wandeln die ultraflachen und flexiblen Module Sonnenlicht in Wasserstoff oder Syngas, ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, um.
Wasserstoff kann fossile Brennstoffe wie Erdgas, Erdöl oder Kohle ersetzen und Wärme und Strom generieren. Die neuen Module könnten vor allem in der Industrie helfen, großflächig Energie zu produzieren. Sie sind – schwimmend eingesetzt auf Seen, in Häfen oder auf dem Meer – fast so effektiv wie ein echtes Pflanzenblatt.
Andrei wünscht sich zukünftig ganze Parks mit den schwimmenden Blättern für die Brennstoff-Synthese, ähnlich wie Solarparks. „Sie könnten dann Küstenstädte oder Inseln mit Wasserstoff oder Syngas versorgen, aber auch verschmutzte Industrieteiche abdecken oder die Wasserverdunstung aus Bewässerungskanälen verringern“, sagt der Chemiker.
Dachziegel zur Strom- und Warmwasserversorgung
Diese neuen Dachpfannen sind fast genauso effizient wie herkömmliche Photovoltaikmodule, erzeugen aber gleichzeitig auch Wärme und können wie ganz normale Dachziegel angebracht werden.
Wo große Solarmodule bislang zum Beispiel aus Gründen des Denkmalschutzes nicht angebracht werden konnten, schafft die Technische Hochschule Köln in Kooperation mit der Firma paXos eine neue Lösung: Solardachpfannen. Sie sehen aus wie herkömmliche Dachziegel, können aber noch einiges mehr. Sie kombinieren Solar- und Wärmesysteme und erzeugen damit nicht nur elektrische, sondern auch thermische Energie.
Die Solardachpfannen funktionieren wie Photovoltaikmodule, sind aber gebäudeintegriert. Größe, Gewicht und Optik stimmen mit herkömmlichen Dachziegeln überein, sie werden auch genauso verlegt. Aus diesem Grund können einzelne Module schneller ausgetauscht werden als bei großen Photovoltaikanlagen, sollte ein Schaden entstanden sein.
Erstaunlich ist, dass sie ähnlich effizient sind wie herkömmliche Photovoltaikmodule, dabei aber gleichzeitig auch die Eigenschaften einer Dachpfanne besitzen: Die neuen Solardachpfannen sind begehbar und recyclingfähig sowie hitze- und wetterbeständig. Sie leisten Brandschutz und haben eine sehr lange Lebensdauer. Durch eine eingebaute Wärmepumpe können sie sogar zum Heizen oder zur Warmwasseraufbereitung genutzt werden.
„Viele Dachflächen in Deutschland werden nicht zur Energieerzeugung genutzt – dabei wäre dies ein wichtiger Baustein zum Gelingen der Energiewende“, erklärt Julian Münzberg, Projektleiter bei PaXos. Mit dem neuen, ansprechenden Design und der einfacheren Handhabung versprechen sich die Beteiligten mehr Umstiege auf erneuerbare Energien – im öffentlichen sowie privaten Raum.
