Die Kohlenstoffverschmutzung häuft sich weiterhin in der Atmosphäre an. Bei der Suche nach einer effektiven, nachhaltigen Energiealternative für fossile Brennstoffe drängt die Zeit.

Jetzt könnten neue Forschungsergebnisse der Universität Hokkaido in Japan einen weit verbreiteten Übergang zur Solarenergie katapultieren.

Die Hokkaido-Wissenschaftler haben eine Fotoelektrode entwickelt das 85 Prozent des gesamten sichtbaren Lichts ernten und daraus durch Wasserspaltung Wasserstoff erzeugen kann.

Das neue System wandelt Lichtenergie elfmal effizienter um als aktuelle Systeme.

„Mit sehr geringen Materialmengen ermöglicht diese Fotoelektrode eine effiziente Umwandlung von Sonnenlicht in erneuerbare Energie und trägt damit weiter zur Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft bei“, schreiben die Forscher in ihrem Bericht.

Das Gerät

Die Forscher bezeichnen ihre Erfindung aufgrund ihrer physikalischen Beschaffenheit als das „goldene Sandwich“.

Um das Gerät zu konstruieren, fügte das Forschungsteam einen 30-Nanometer-Titandioxid-Dünnfilm-Halbleiter zwischen einen 100-Nanometer-dicken Goldfilm und Gold-Nanopartikel ein.

Wenn Sonnenlicht auf die Nanopartikelseite trifft, dient der Goldfilm als Spiegel und fängt Licht zwischen den beiden Schichten ein. Dies hilft den Nanopartikeln, mehr Licht zu absorbieren.

Herkömmlicherweise weisen Goldnanopartikel eine sogenannte lokalisierte Plasmonenresonanz auf, die eine bestimmte Lichtwellenlänge absorbiert. Die neue Erfindung ändert das.

„Unsere Photoelektrode hat erfolgreich einen neuen Zustand geschaffen, in dem Plasmonen und sichtbares Licht, das in der Titanoxidschicht eingeschlossen ist, stark interagieren, wodurch Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich von Goldnanopartikeln absorbiert werden kann“, Hiroaki Misawa, Professor am Research Institute for Electronic Science an der Hokkaido University und Hauptautor der Studie, sagte in einer Erklärung.

„Die Lichtenergieumwandlungseffizienz ist 11-mal höher als bei denen ohne Lichteinfangfunktionen“, fuhr Misawa fort.

Ein vollständiges Papier, das die Studie beschreibt, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natur-Technologie.

Wasserstoff erzeugen

Wasserstoff kann als effektives Werkzeug für den Transport und die Bereitstellung sauberer Energie dienen. Obwohl es sehr reichlich vorhanden ist, kommt es normalerweise in Form einer Verbindung an ein anderes Element gebunden vor.

Heutzutage stammt Wasserstoff meist aus Erdgas, das durch Fracking oft auf unnatürliche Weise aus dem Boden gewonnen wird. Die Menschen zögern zu Recht, Wasserstoff mit dieser traditionellen Methode zu gewinnen, weil sie nicht umweltverträglich ist.

Das neue Gerät des Teams führt jedoch zur Ableitung von Wasserstoff durch Spaltung von Wassermolekülen. Elektronen trennen Wasserstoffionen in Wasserstoff, und verbleibende Elektronenlöcher erzeugen Sauerstoff durch Oxidation von Wasser.

Das Gerät ist noch sehr neu, also noch nicht auf dem Markt. Aber es ist ein großer Schritt in die richtige Richtung, und wenn die Verbraucherkosten niedrig bleiben können, könnte es die erneuerbaren Energien revolutionieren.