Wissenschaft einfach gemacht: Was sind Solarbrennstoffe?

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Solarbrennstoffe sind Brennstoffe, die aus gewöhnlichen Stoffen wie Wasser und Kohlendioxid unter Nutzung der Energie des Sonnenlichts hergestellt werden. Die Energie des Sonnenlichts, das auf die Erde auftrifft, ist gewaltig, aber sie schwankt mit der Zeit und ist zerstreut, was es schwierig macht, das Sonnenlicht für die praktische Nutzung zu nutzen. Wir haben die Sonnenenergie erfolgreich zur Stromerzeugung genutzt, sind aber noch nicht in der Lage, daraus effizient flüssige Brennstoffe herzustellen. Solare Brennstoffe könnten ein reichhaltiger Vorrat an nachhaltiger, speicherbarer und tragbarer Energie sein.

Solare Brennstoffe würden unsere Brennstoffversorgung diversifizieren und die Nachhaltigkeit unseres gesamten Energiesystems erhöhen. Sie würden auch die bestehende Brennstoffinfrastruktur für eine Vielzahl von Anwendungen nutzen. Diese Brennstoffe könnten für Stunden, Tage, Monate oder länger gelagert werden. Solare Brennstoffe könnten überall hin transportiert werden, was sie zu einer wertvollen und flexiblen Ressource für ein zuverlässigeres Stromnetz machen würde.

Ein möglicher Ansatz zur Herstellung von Solartreibstoffen ist die “künstliche Photosynthese”. Dieser Ansatz würde ähnlich wie die natürliche Photosynthese in Pflanzen funktionieren, indem nur Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht zur Brennstofferzeugung verwendet werden.

Zu den Optionen für solare Brennstoffe gehören die Herstellung von Wasserstoff als Brennstoff durch Nutzung der Sonnenenergie zur Spaltung von Wasser oder die Herstellung von Alkoholen wie Ethanol und Methanol durch Nutzung der Sonnenenergie zur Reduktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff oder die Herstellung weniger konventioneller Brennstoffe wie Ammoniak und Hydrazin durch Nutzung der Sonnenenergie zur Reduktion von Stickstoff mit Wasserstoff.

Fakten zu Solarbrennstoffen
Die Menge an Sonnenenergie, die in einer Stunde auf die Erdoberfläche trifft (etwa 170 Petawattstunden Energie), reicht aus, um den weltweiten Energieverbrauch für ein ganzes Jahr zu decken (etwa 160 Petawattstunden Energie).
Melvin Calvin, der vom DOE (durch seinen Vorgänger, die Atomenergiekommission) unterstützt wurde, erhielt 1961 den Nobelpreis für Chemie für die Aufdeckung des Mechanismus, den die Natur während der Photosynthese nutzt, um Kohlendioxid in energiereiche Chemikalien umzuwandeln.
Wissenschaftsbüro des DOE: Beiträge zu solaren Brennstoffen

Das DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences (BES) beschäftigt sich seit mehr als 40 Jahren mit der natürlichen und künstlichen Photosynthese. Das BES ist einer der größten Förderer der Grundlagenforschung zu solaren Brennstoffen. Es finanziert einzelne Forscher, kleine Forschungsteams und größere, multidisziplinäre Zentren mit mehreren Forschern. Das Innovationszentrum für Kraftstoffe aus Sonnenenergie ist die größte Anstrengung. Das Zentrum konzentriert sich auf die Entwicklung der Grundlagen für ein wirksames System zur Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Brennstoffe. Dank langfristiger Unterstützung machen die Wissenschaftler beträchtliche Fortschritte bei den grundlegenden Prinzipien und Komponenten für die Herstellung von Solartreibstoffen. Wir stehen jedoch noch vor vielen unbeantworteten Fragen, um diese Brennstoffe zu einer kommerziellen Realität werden zu lassen: Wie lassen sich chemische Reaktionswege zur selektiven und effizienten Herstellung der von uns gewünschten spezifischen Brennstoffe steuern, wie lassen sich Komponenten mit langer Lebensdauer und gewünschter Aktivität effektiv vorhersagen und entwerfen, ob einzigartige Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie für eine effiziente und selektive Brennstofferzeugung genutzt werden können, und wie lassen sich einzelne Prozesse identifizieren und steuern, die die Funktion integrierter Komponenten für die Herstellung von Solarbrennstoffen beeinflussen.

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