Wissenschaftler bauen batteriefreie Sonnenlicht-in-Kraftstoff-Vorrichtung und machen Solarenergie etwas weniger kompliziert

Forscher der Osaka Metropolitan University haben ein künstliches Photosynthesesystem entwickelt, das Solarbrennstoff zuverlässiger erzeugen kann, während es die batteriebasierte Steuerungstechnik einspart, die normalerweise mitfährt. Durch die Integration einer selbstregulierenden chemischen Komponente direkt in den Elektrolyseur gelang es ihnen, sowohl Komplexität als auch Kosten zu reduzieren – denn nichts sagt „elegante Lösung“ wie das Entfernen von Teilen, die dazu neigen, kaputtzugehen oder keinen Saft mehr zu haben.

Wie die Photosynthese, die Pflanzen seit Millionen von Jahren ohne Patent betreiben, nutzt die künstliche Photosynthese Sonnenlicht, um Wasser und Kohlendioxid in energiereiche Verbindungen umzuwandeln. Ein solches Produkt ist Ameisensäure, eine Chemikalie, die sowohl als Brennstoff als auch als Energiespeicher dienen kann – praktisch für die Tage, an denen die Sonne beschließt, eine Pause einzulegen.

Im Herzen dieser Systeme befindet sich ein Elektrolyseur, der Strom aus Solarzellen in chemische Energie umwandelt, die als Brennstoffe wie Ameisensäure gespeichert wird. Das Problem? Sonnenlicht ist notorisch inkonsistent – es hat die nervige Angewohnheit, sich im Laufe des Tages zu ändern. Um damit umzugehen, verwenden die meisten künstlichen Photosynthesesysteme Maximum Power Point Tracking (MPPT), eine Methode, die kontinuierlich Spannung und Strom anpasst, damit Solarzellen Spitzenleistung liefern können. Herkömmliche MPPT-Setups verlassen sich jedoch typischerweise auf Batterien und zusätzliche Elektronik, um den Energiefluss zu glätten. Sie funktionieren, klar, aber sie erhöhen auch Kosten und Komplexität, wie wenn man ein Schweizer Taschenmesser zu einer Aufgabe mitbringt, die eigentlich nur einen Schraubenzieher braucht.

Das Team unter der Leitung von Associate Professor Yasuo Matsubara und Professor Yutaka Amao am Research Center for Artificial Photosynthesis der Osaka Metropolitan University hat sich mit der Iida Group Holdings Co., Ltd zusammengetan, um den Elektrolyseur selbst neu zu gestalten. Ihr Ansatz verwendet einen speziell entwickelten Festelektrolyten, der direkt in das Gerät eingebaut ist, sodass der Elektrolyseur automatisch MPPT durchführen kann – ohne Batterien. Wenn das Sonnenlicht zunimmt, erwärmt sich der Elektrolyseur, wodurch sein elektrischer Widerstand sinkt und der Strom freier fließen kann. „Dadurch passt das System sein elektrisches Verhalten automatisch an“, erklärte Professor Amao, was nach der befriedigendsten einfachen Lösung für ein komplexes Problem klingt, seit jemand entdeckte, dass ein Deckel auf einem Topf Wasser schneller kochen lässt.

Bei Tests unter realen Außenbedingungen produzierte das System konsistent Ameisensäure aus Wasser und CO2, selbst als die Sonnenlichtniveaus wie ein nervöser Aktienmarkt schwankten. „Wir waren zuversichtlich, dass es erfolgreich sein würde“, sagte Professor Matsubara und wies darauf hin, dass das System zuvor eine Miniaturdiorama auf der Osaka Kansai Expo 2025 mit Strom versorgt hatte. Die Ergebnisse wurden in EES Solar veröffentlicht, und die Materialien wurden von der Osaka Metropolitan University bereitgestellt – denn selbst die Wissenschaft braucht ab und zu ein bisschen PR.