Japanische Wissenschaftler vereinfachen die Produktion sauberer Kraftstoffe mit einer neuen Erfindung

Künstliche Photosynthese nutzt Sonnenlicht, um Wasser und Kohlendioxid in nutzbare Brennstoffe oder Energieträger zur Stromerzeugung umzuwandeln. Eines der wichtigsten Produkte dieses Prozesses ist Ameisensäure, die in Brennstoffzellen als effizienter Energiespeicher dient. Kernstück dieses Systems ist ein Elektrolyseur, ein Gerät, das den von Solarzellen erzeugten Strom in chemische Energie umwandelt und so die Herstellung und Speicherung von „Brennstoff“ ermöglicht.

Die größte Herausforderung bei dieser Technologie ist natürlich die schwankende Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf. Um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten, sind herkömmliche Geräte mit MPPT-Technologie (Maximum Power Point Tracking) ausgestattet, die Spannung und Stromstärke kontinuierlich anpasst. Diese Schwankungen erfordern in der Regel zusätzliche Elektronik und Batterien zur Stabilisierung des Energieflusses, was die Gesamtkosten deutlich erhöht.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Privatdozent Yasuo Matsubara und Professor Yutaka Amao vom Forschungszentrum für künstliche Photosynthese hat in Zusammenarbeit mit der Iida Group Holdings Co., Ltd. eine elegante Lösung gefunden. Sie haben den Elektrolyseur mithilfe eines speziellen Festelektrolyten komplett neu entwickelt. Dank dieser Neukonstruktion kann das Gerät die MPPT-Funktion selbst ausführen, wodurch externe Regler, Wechselrichter und Batterien überflüssig werden.

Das System funktioniert durch die automatische Anpassung seiner elektrischen Eigenschaften mittels Veränderung seiner thermischen Eigenschaften und seines Widerstands. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung erwärmt sich der Elektrolyseur. Diese Erwärmung bewirkt einen Abfall des elektrischen Widerstands und ermöglicht so den freien Stromfluss. Dank dieses selbstregulierenden Vorgangs bleibt die Brennstoffproduktion über den Tag hinweg konstant, und das System arbeitet vollautomatisch und unabhängig von teuren externen Komponenten.

Die Wissenschaftler bestätigten die Effizienz des Prototyps in Freilandtests. Das Gerät produzierte dabei trotz wechselnder Lichtverhältnisse zuverlässig Ameisensäure. Die Technologie wurde zuvor auf der Expo 2025 in Osaka Kansai im gemeinsamen Pavillon der Iida Group und der Universität erfolgreich demonstriert. Dort produzierte das System genügend Ameisensäure, um ein Miniaturmodell zu betreiben und demonstrierte so sein praktisches Potenzial für zukünftige Anwendungen und die Stromversorgung verschiedener Haushaltsgeräte. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift EES Solar veröffentlicht.