Schwedische Wissenschaftler haben große Herausforderungen gemeistert, und ihre Forschungsergebnisse könnten die Entwicklung nachhaltiger Solarkraftstoffe unterstützen. Forscher haben herausgefunden, dass die effizientere Nutzung von Sonnenenergie durch eisenbasierte Systeme den Weg für günstigere Solarkraftstoffe ebnen dürfte.

„Wir konnten nun einen bisher verborgenen Mechanismus aufdecken, der es eisenbasierten Molekülen ermöglicht, Ladung effizienter auf Akzeptormoleküle zu übertragen“, sagt Petter Persson, Chemieforscher an der Universität Lund. „Damit könnte eines der größten Hindernisse bei der Herstellung von Solarbrennstoffen aus gewöhnlichen Metallen beseitigt werden.“

Wissenschaftler hoffen, dass in Form von Brennstoffen gespeicherte Solarenergie fossile Brennstoffe künftig teilweise ersetzen könnte. Forscher weisen darauf hin, dass bei der Herstellung von Solarbrennstoffen wie grünem Wasserstoff lichtabsorbierende Moleküle Ladung auf Akzeptormoleküle übertragen müssen. Verläuft dieser Transfer nicht reibungslos, geht eine erhebliche Energiemenge verloren, bevor sie im Solarbrennstoff gespeichert werden kann. Obwohl Eisen kostengünstig und umweltfreundlich ist, verhindert dieses Problem, dass eisenbasierte Systeme so effizient arbeiten wie solche auf Basis teurer Seltenerdmetalle.

Mithilfe modernster Computermethoden konnten die Forscher diesen Prozess auf molekularer Ebene analysieren. Sie fanden heraus, dass ein erheblicher Energieverlust entsteht, da sich das Akzeptormolekül typischerweise vor dem Ladungstransfer an den Katalysator bindet. Die Forscher entdeckten jedoch einen unerwarteten Mechanismus, bei dem das Akzeptormolekül den Ladungstransfer mit Hilfe eines benachbarten Moleküls abschließen kann.

Die Forscher glauben, dass dies die Energieverluste deutlich reduzieren und die Effizienz eisenbasierter Solarsysteme steigern könnte. „Es war überraschend zu sehen, wie entscheidend die Umgebung ist“, ergänzt Petter Persson. „Unsere Simulationen haben mehrere unerwartete Wege aufgedeckt, wie Wechselwirkungen mit benachbarten Molekülen die Bildung energiereicher Produkte fördern können.“

Wissenschaftler halten dies für einen wichtigen Schritt zur Herstellung von Solarkraftstoffen aus gewöhnlichen Metallen. Die Studie zeigt, wie die Ladungstrennung optimiert werden kann – ein wichtiger erster Schritt. Bevor der fertige Solarkraftstoff hergestellt werden kann, sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich. Persson betonte, dass diese Forschung neue Erkenntnisse darüber liefert, wie sich gewöhnliche Metalle wie Eisen effizienter zur Umwandlung von Sonnenenergie nutzen lassen. Langfristig wird dies dazu beitragen, günstigere und nachhaltigere Solarkraftstoffe zu entwickeln – ein wichtiges Thema der globalen Energiewende.

Solarkraftstoffe bieten eine nachhaltige, speicherbare und transportierbare Alternative zu fossilen Brennstoffen und spielen eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung von Transport-, Heiz- und industriellen Energiesystemen unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur.

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