'Major Discovery' vom MIT könnte eine solare Revolution auslösen

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sauerstoff-nocera.jpgIn einem revolutionären Sprung, der Solarenergie in eine Mainstream-Energiequelle verwandeln könnte, haben MIT-Forscher eine große Barriere überwunden: Wie speichert man Energie für den Einsatz, wenn die Sonne nicht scheint?

Bisher war Solarenergie eine reine Tagesenergiequelle, da die Speicherung zusätzlicher Sonnenenergie für die spätere Nutzung unerschwinglich teuer und äußerst ineffizient ist. Die Forscher gaben am Donnerstag bekannt, dass sie durch die Nachahmung des Energiespeichersystems einer Anlage auf ein einfaches, kostengünstiges und hocheffizientes Verfahren zur Speicherung von Sonnenenergie gestoßen sind.(Richtig, Forscher Daniel Nocera,Foto von Donna Coveney)


Diese Entdeckung erfordert nur reichlich vorhandene, ungiftige natürliche Materialien und könnte die potenteste, kohlenstofffreie Energiequelle von allen freisetzen: die Sonne. 'Dies ist das Nirwana dessen, worüber wir seit Jahren sprechen', sagte Daniel Nocera vom MIT, Henry Dreyfus-Professor für Energie am MIT und leitender Autor eines Papiers, das die Arbeit in der Science-Ausgabe vom 31. Juli beschreibt. „Solarenergie war schon immer eine begrenzte, weit entfernte Lösung. Jetzt können wir ernsthaft davon ausgehen, dass Solarenergie unbegrenzt und bald verfügbar ist. “

Inspiriert von der Photosynthese von Pflanzen wird der beispiellose Prozess es ermöglichen, die Sonnenenergie zu nutzen, um Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffgase aufzuspalten. Später können Sauerstoff und Wasserstoff in einer Brennstoffzelle rekombiniert werden, wodurch kohlenstofffreier Strom erzeugt wird, der Ihr Haus oder Ihr Elektroauto Tag und Nacht mit Strom versorgt.

Die Schlüsselkomponente des Prozesses ist ein neuer Katalysator, der Sauerstoffgas aus Wasser erzeugt, das aus Kobaltmetall, Phosphat und einer Elektrode besteht. Wenn Elektrizität - ob aus einer Photovoltaikzelle, einer Windkraftanlage oder einer anderen Quelle - durch die Elektrode fließt, bilden Kobalt und Phosphat einen dünnen Film auf der Elektrode, und es entsteht Sauerstoffgas. Das System kann die Wasserspaltungsreaktion, die während der Photosynthese auftritt, duplizieren. Wenn ein anderer Katalysator zur Erzeugung von Wasserstoffgas verwendet wird, können Sauerstoff und Wasserstoff in einer Brennstoffzelle kombiniert werden, wodurch kohlenstofffreier Strom erzeugt wird, der ein Haus oder ein Elektroauto Tag und Nacht antreibt.

Der neue Katalysator arbeitet bei Raumtemperatur in Wasser mit neutralem pH-Wert und ist einfach einzurichten, sagte Nocera. 'Deshalb weiß ich, dass dies funktionieren wird. Es ist so einfach zu implementieren “, sagte er.


'Riesensprung' für saubere Energie

Sonnenlicht hat das größte Potenzial aller Stromquellen, um die Energieprobleme der Welt zu lösen, sagte Nocera. In einer Stunde trifft genug Sonnenlicht auf die Erde, um den Energiebedarf des gesamten Planeten für ein Jahr zu decken.


James Barber, ein führender Anbieter von Photosynthesestudien, der nicht an dieser Forschung beteiligt war, bezeichnete die Entdeckung als einen „großen Sprung“ zur Erzeugung sauberer, kohlenstofffreier Energie in großem Maßstab.

'Dies ist eine wichtige Entdeckung mit enormen Auswirkungen auf den zukünftigen Wohlstand der Menschheit', sagte Barber, Ernst Chain Professor für Biochemie am Imperial College London. 'Die Bedeutung ihrer Entdeckung kann nicht genug betont werden, da sie die Tür für die Entwicklung neuer Technologien zur Energieerzeugung öffnet, wodurch unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und das globale Problem des Klimawandels angegangen wird.'

'Nur der Anfang'

Derzeit verfügbare Elektrolyseure, die Wasser mit Elektrizität spalten und häufig industriell verwendet werden, sind für die künstliche Photosynthese nicht geeignet, da sie sehr teuer sind und eine hochbasische (nicht gutartige) Umgebung erfordern, die wenig mit den Bedingungen zu tun hat, unter denen die Photosynthese abläuft.

Es müssen weitere technische Arbeiten durchgeführt werden, um die neue wissenschaftliche Entdeckung in bestehende Photovoltaikanlagen zu integrieren. Nocera ist jedoch zuversichtlich, dass solche Anlagen Realität werden.

'Dies ist nur der Anfang', sagte Nocera, Hauptforscher für das von der Chesonis Family Foundation finanzierte Solar Revolution Project und Co-Direktor des Eni-MIT Solar Frontiers Center. 'Die wissenschaftliche Gemeinschaft wird wirklich damit rennen.'

Nocera hofft, dass Hausbesitzer innerhalb von 10 Jahren ihre Häuser bei Tageslicht über Photovoltaikzellen mit Strom versorgen können, während überschüssige Sonnenenergie zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff zur Stromversorgung ihrer eigenen Haushaltsbrennstoffzelle verwendet wird. Strom aus einer zentralen Quelle könnte der Vergangenheit angehören.


Das Projekt ist Teil der MIT Energy Initiative, einem Programm, das dazu beitragen soll, das globale Energiesystem so zu verändern, dass es den Anforderungen der Zukunft entspricht, und durch die Verbesserung der heutigen Energiesysteme eine Brücke in diese Zukunft schlägt. Ernest Moniz, Direktor des MITEI, Cecil und Ida Green, Professor für Physik und technische Systeme, stellten fest, dass „diese Entdeckung im Nocera-Labor zeigt, dass die Umstellung unseres Energieversorgungssystems auf ein auf erneuerbaren Energien basierendes System stark von den Grundlagen der Grenzforschung abhängt.“

Der Erfolg des Nocera-Labors zeigt die Auswirkungen einer Mischung aus Finanzierungsquellen - Regierungen, Philanthropie und Industrie. Dieses Projekt wurde von der National Science Foundation und der Chesonis Family Foundation finanziert, die MIT in diesem Frühjahr 10 Millionen US-Dollar für den Start des Solar Revolution Project zur Verfügung stellten, mit dem Ziel, die Solarenergie in großem Maßstab innerhalb von 10 Jahren einzusetzen.