(Ulm / Jena) – Die Universitäten Ulm und Jena forschen an den Möglichkeiten, Sonnenlicht direkt in chemische Energie umzuwandeln. Das „wichtigste Vorbild ist die natürliche Photosynthese“, erklären die Wissenschaftler. Mit der Entwicklung „chemischer Solarenergiewandler“ ließe sich auch dezentral grüner Wasserstoff erzeugen – für mobile, solarbetriebene Wasserstofftankstellen bis hin zur Nutzung bei der klimafreundlichen Strom- und Wärmeversorgung von Wohnhäusern.
Prozesse stabilisieren
Ein Schlüssel sei die Optimierung von Katalysematerialien und -methoden. „Frühere Systeme zur Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie waren relativ instabil: Durch die Einbettung der lichtgetriebenen Katalysatormoleküle in 
weiche Materie ist es dem Konsortium aus Chemie, Physik und Materialwissenschaften gelungen, diesen Prozess zu stabilisieren und zu steuern“, heißt es in einer Mitteilung der Universität Ulm.
In den vergangenen vier Jahren haben die Forschungsgruppen molekulare Bausteine für die Solarenergiewandlung entwickelt, geprüft und verknüpft, erklärt Sven Rau, Leiter des Ulmer Instituts für Anorganische Chemie I. „Dabei konnten wir grundlegende Erkenntnisse zum Aufbau von lichtgetriebenen Katalysatoren gewinnen, um eine hocheffiziente Energiewandlung durchzuführen“, so der Professor. Zudem seien Unterrichtsmaterialien zum Thema künstliche Photosynthese konzipiert und für den Chemieunterricht in Gymnasien bereitgestellt worden.
Förderung für weitere vier Jahre
Um die Forschungen zur dezentralen Erzeugung von grünem Wasserstoff voranzubringen, fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) nunmehr das Projekt mit dem Titel „Lichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien – Synthese und mechanistische Studien“ für weitere vier Jahre mit mehr als zwölf Millionen Euro.
Die Wissenschaftler wollen in der zweiten Phase ab Juli 2022 unter anderem leichter verfügbare Alternativen zu den bisher in den Katalysatoren oder Photozentren genutzten ökologisch bedenklichen und seltenen Materialien wie Ruthenium, Platin oder Rhodium finden, um die Solarenergiewandler nachhaltiger zu gestalten. Dabei setzen die Teams auf organische Farbstoffe, die in Jena erforscht werden.
Außerdem wolle man „die Materialverknüpfung optimieren“. Ziel sei ein „lichtgetriebener Prozess mit gekoppelter Oxidation und Reduktion“, erklärt Benjamin Dietzek-Ivanšić von der Universität Jena. Das Fernziel laute: „Die Herstellung künstlicher Chloroplasten nach dem Vorbild der Natur.“ Diese pflanzlichen Zell-Bestandteile sind für die Photosynthese zuständig.
ZSW schließt sich an
Projektbasis ist der Sonderforschungsbereich „CataLight“, unter dessen Dach multidisziplinäre Teams die lichtgetriebene Wasserspaltung weiter voranbringen. Zum Konsortium gehören die Universität Ulm, die Friedrich-Schiller-Universität Jena, die Universität Wien, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung sowie das Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. Hinzu kommen künftig das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) sowie Wissenschaftler aus den USA.
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Forschung an der Universität Ulm im Zuge des Transregio-Sonderforschungsbereichs CataLight © Uni Ulm / Elvira Eberhardt
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Katalyselösungen mit lumineszierendem Ruthenium-Farbstoff, die im „Azula“-Reaktor mit sichtbarem Licht bestrahlt werden. Vorbild ist die Photosynthese bei Pflanzen. © Uni Ulm / Elvira Eberhardt
