de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der öffentlichen Universität Osaka hat ein neuartiges System für künstliche Photosynthese entwickelt, das durch die direkte Integration selbstregulierender chemischer Komponenten in einen Elektrolyseur eine stabilere Produktion von Solarkraftstoff ermöglicht. Das Gerät kommt ohne batteriegestützte Steuerungsmethoden aus und spart so die kostspieligen Komponenten herkömmlicher Systeme ein.
Ähnlich wie die natürliche Photosynthese nutzt die künstliche Photosynthese Sonnenlicht, um Wasser und Kohlendioxid in nützliche Brennstoffe wie Ameisensäure umzuwandeln. Dabei spielt der Elektrolyseur eine zentrale Rolle, indem er die von Solarzellen erzeugte elektrische Energie in chemische Energie umwandelt und in Form von Ameisensäure speichert.
Um eine effiziente Energieumwandlung auch bei schwankenden Lichtverhältnissen zu gewährleisten, setzen viele bestehende Systeme auf die Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT)-Steuerung, die Spannung und Strom kontinuierlich anpasst, um die Leistungsabgabe der Solarzelle zu maximieren. MPPT-Systeme benötigen jedoch in der Regel Batterien oder zusätzliche elektronische Geräte zur Stabilisierung des Energieflusses, was die Gesamtkosten und die Komplexität erhöht.
Das Team unter der Leitung von Professor Yasuo Matsubara und Professor Yutaka Amao vom Forschungszentrum für Künstliche Photosynthese der öffentlichen Universität Osaka hat in Zusammenarbeit mit der Iida Group Holdings Co., Ltd. die Systemstruktur neu gestaltet und einen speziellen Festelektrolyten in den Elektrolyseur integriert. Im neuen System kann der Elektrolyseur die MPPT-Funktion automatisch ausführen, ohne dass eine externe Batterie erforderlich ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die auf externe Elektronik, Batterien und Wandler angewiesen sind, um einen effizienten Betrieb aufrechtzuerhalten, reguliert dieser Elektrolyseur sein elektrisches Verhalten autonom über seine thermischen und impedanzbezogenen Eigenschaften. Professor Amao erklärt, dass der Elektrolyseur bei zunehmender Sonneneinstrahlung auf natürliche Weise erwärmt wird. Das Systemdesign führt dazu, dass dieser Temperaturanstieg einen Abfall des elektrischen Widerstands bewirkt, wodurch der Stromfluss freier wird und eine automatische Anpassung des elektrischen Verhaltens ermöglicht wird.
Dieser selbstregulierende Mechanismus trägt zu einer stabileren Brennstoffproduktion über den Tag hinweg bei und verringert gleichzeitig die Abhängigkeit des Systems von Batterien und teuren externen Komponenten. Das Team testete ein Gerät mit dieser Technologie unter realen Sonnenlichtbedingungen und konnte selbst bei schwankender Lichtintensität stabil Ameisensäure aus Wasser und Kohlendioxid produzieren.
Professor Matsubara erklärte, dass das Forschungsteam diese Ergebnisse bereits im „Iida Group × Osaka Public University Joint Pavilion“ auf der Expo 2025 Osaka, Kansai vorgestellt habe. Das System habe erfolgreich genügend Ameisensäure produziert, um ein Miniatur-Diorama im Pavillon mit Strom zu versorgen, und damit sein Potenzial als effizientes System für künstliche Photosynthese unter Beweis gestellt. In Zukunft könnte es zum Aufladen von Geräten in Haushalten eingesetzt werden. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „EES Solar“ veröffentlicht.
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