Neuartige Solarzelle produziert Wasserstoff

Berlin (dpa/red) - Wenn Materialwissenschaftler Roel van de Krol vom Ökohaus der Zukunft träumt, heißt sein Zauberwort Wasserstoff. Sein Traumhaus hat Solarzellen auf dem Dach, die Sonnenlicht in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Eine Leitung führt das Wasserstoff-Gas zum Drucktank in den Keller. Dort wandelt es eine Brennstoffzelle bei Bedarf in Energie für den Haushalt um: Heizung, elektrische Geräte, Warmwasser - eine umweltfreundliche Konstruktion, die Solarenergie ohne große Verluste zwischenspeichern kann. Und vielleicht fällt dabei sogar noch ein Extrafüllung für den Tank des Wasserstoffautos der Zukunft ab.

Korrosion wird verhindert

Nur ein schöner Traum? Die erste Hürde hat van de Krol, Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum Berlin, gemeinsam mit Kollegen der Technischen Universität Delft (Niederlande) bereits genommen. Die Forscher haben eine Solarzelle gebaut, die Sonnenlicht in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten kann. Dabei ist nicht die Idee neu, sondern das Material. Die Wissenschaftler nutzten das stabile Metalloxid Wismut-Vanadat (BiVO4) als Halbleiter und kombinierten es mit einer herkömmlichen Silizium-Dünnschicht-Solarzelle. Das Ergebnis ist eine Zelle, die nicht korrodiert, wenn sie Wasserstoff in Gasform produziert. Und dabei ist sie auch noch kostengünstiger als bisherige Konstruktionen. "Das ist ein erster Durchbruch", sagt van de Krol.

Effizienz lässt noch zu wünschen übrig

Und doch ist es erst ein Anfang. Denn die neue Zelle bringt es gerade einmal auf eine Energieeffizienz von fünf Prozent. Zehn Prozent müssten es schon sein, um die Erfindung marktfähig zu machen, räumt auch van de Krol ein. Doch das hält er nicht für unmöglich. "Vor ein paar Jahren waren wir bei einem Prozent. In fünf bis zehn Jahren können wir die zehn Prozent schaffen." Vielleicht mit Wismut-Vanadat, vielleicht auch mit einem noch besser geeigneten Metalloxid als Halbleiter - die Zukunft soll das zeigen.

Zum Vergleich: Herkömmliche Solarzellen, die Strom produzieren, bringen es heute auf über 20 Prozent Effizienz. Aber Strom lässt sich in großen Mengen nicht effizient speichern. Und genau das ist das Problem.

Positive Reaktionen

Die Aussicht auf eine kostengünstige Speicher-Variante für Solarenergie hat die Politik vielleicht auch deshalb sofort in Verzückung versetzt. Er sei optimistisch, dass diese Entwicklung dazu beitragen könne, Wasserstoff künftig einfacher zu gewinnen, sagte Bundesumweltminister Peter Altmaier (CDU) der "Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung". Effiziente Speicherverfahren seien ein wichtiges Thema bei der Energiewende.

Auch die Fachwelt reagiert positiv. "Die Umwandlung von Sonnenlicht mit Hilfe einer photoelektrochemischen Zelle mit einem Wirkungsgrad von fünf Prozent ist tatsächlich ein bemerkenswerter großartiger Durchbruch", sagt Peter Strasser, Materialwissenschaftler an der Technischen Universität Berlin. Der Wirkungsgrad und die einfachere Struktur machten dieses Konzept attraktiv. "Wir dürfen auf die Langzeitstabilität dieser Zelle gespannt bleiben", ergänzt Strasser.

Bisherige Lösungen waren sehr teuer

In den USA erdachten Forscher bereits Ende der 1990er Jahre Methoden für eine Wasserstoffproduktion aus Sonnenlicht. Doch sie verwendeten so teure Halbleiter-Materialen, dass ein Quadratmeter Solarzellen 50.000 Dollar gekostet hätte - samt dem Risiko von Korrosion. Technisch könnte man auch herkömmliche Solarzellen mit der klassischen Elektrolyse verknüpfen, um Wasserstoff zu gewinnen. Aber auch dieses Verfahren sei so teuer, dass es niemand nutze, sagt van de Krol.

Den Preis der neuen Erfindung kann er bei erst fünf Prozent Energieausbeute noch nicht kalkulieren. Aber dafür präsentiert der Materialforscher Überschlagsrechnungen für die Zeit, wenn seine Technik ausgereift wäre: Bei einer deutschen Sonnenleistung von 600 Watt pro Quadratmeter könnten 100 Quadratmeter der neuen Zellen in einer Sonnenstunde drei Kilowattstunden Energie in Form von Wasserstoff abspeichern. Das würde nachts oder an bewölkten Tagen reichen, um einen Computer oder einen Fernseher sieben Stunden lang laufen zu lassen - oder eine Zehn-Watt-Sparlampe dreihundert Stunden zum Leuchten zu bringen.

Wasserstoff liefert saubere Energie

"Wasserstoff ist das höchste Energetische, das man haben kann", schwärmt der Wissenschaftler. Werde eine Brennstoffzelle damit gefüttert, blieben bis zu 65 Prozent Ausbeute. Und sauber sei Wasserstoff auch. Als Abfallprodukt entstünden auch keine schädlichen Klimagase wie Kohlendioxid - sondern einfach nur Wasser.

Kann ein Wasserstofftank mit 800 bar Druck dem Hausbesitzer der Zukunft denn nicht um die Ohren fliegen? Roel van de Krol sagt, dass in Versuchen schon Autos mit Wasserstofftanks aus 20 Metern Höhe auf die Erde gefallen seien - und nichts sei explodiert.

Ein Auto der Zukunft könnte mit fünf Kilogramm Wasserstoff rund 500 Kilometer weit fahren. Reichen die Solarzellen auf dem Traumhaus denn für Haus und Wagen? "Na ja, um auch noch Auto zu fahren, braucht man vielleicht ein bisschen mehr als ein Dach", sagt van de Krol. Und dann gibt es noch ein kleines Problem, das erst die Zukunft lösen kann: Für Wasserstoffautos gibt es kaum Infrastruktur.