Solarpanel aus Plastikmüll erzeugt sauberen Wasserstoff

Wirft man eine Plastikflasche in die Recyclingtonne, geht man davon aus, dass sie sauber wiederverwertet wird. Doch ein großer Teil wird weiterhin verbrannt oder vergraben, während das Recycling des Restes mehr Energie benötigt, als sich viele Systeme leisten können.

Ein Team von Chemikern in England fragte sich daher, ob ausgedienter Kunststoff mehr leisten könnte, als lediglich recycelt zu werden.

Die Fachleute entwickelten ein solarbetriebenes Panel, das ausschließlich Sonnenlicht nutzt, um Plastik aufzuspalten und daraus sauberen Wasserstoff als Brennstoff zu gewinnen.

Kunststoffrecycling im Sonnenlicht

Der Ansatz ist nicht völlig neu. Forschende hatten bereits gezeigt, dass Licht Kunststoff zersetzen und Wasserstoff freisetzen kann – bislang allerdings nur mit winzigen Panels unter Laborlampen, weit entfernt von einer Größenordnung, die für eine echte Stadt relevant wäre.

Professor Erwin Reisner, der die Arbeiten an der University of Cambridge leitete, beschäftigt sich seit Jahren mit diesem Problem.

Die früheren Geräte seines Teams maßen rund 25 Zentimeter im Durchmesser. Das jüngste Modell ist auf jeder Seite ungefähr 90 Zentimeter groß.

Die Forschenden stellten das größere Panel vor ihrem Chemiegebäude auf und überließen die Arbeit dem natürlichen Sonnenlicht.

Damit lief erstmals ein Solarreaktor dieser Art im Freien und mit Verfahren, die für eine spätere Skalierung ausgelegt sind.

Eine einfache Sprühbeschichtung

Der entscheidende Punkt liegt in der Herstellung des Panels. Ältere Ausführungen setzten auf hohe Temperaturen, aggressive Chemikalien oder komplizierte Produktionsschritte.

Dieses Panel lässt sich hingegen bei Raumtemperatur mit Geräten fertigen, die beinahe in jedem Baumarkt erhältlich sein könnten.

Zunächst wird ein lichtabsorbierendes Pulver auf eine Glasscheibe gesprüht.

Eine zweite Schicht enthält Kobalt und Zirkonium – zwei preiswerte, häufig verfügbare Metalle, die den chemischen Hauptanteil der Arbeit übernehmen.

Für das Verfahren der Sprühbeschichtung ist kaum mehr als ein haushaltsüblicher Farbsprüher nötig.

„Was mich überraschte, war, wie einfach es nach all der Optimierung letztlich ist“, sagte Ariffin Bin Mohamad Annuar, Co-Erstautor und Chemiker in Cambridge.

Wasserstoff und verwertbare Chemikalien

Unter freiem Himmel erfüllte das Panel seine Aufgabe. Auf der feuchten Oberfläche bildeten sich langsam winzige Blasen, während es Wasserstoff direkt aus dem Abfallgemisch gewann. Bei der Verbrennung bleibt davon lediglich Wasser zurück.

Wasserstoff war jedoch nicht das einzige Produkt des Panels. Dieselbe Reaktion zerlegte den Kunststoffabfall außerdem in Chemikalien, die in Fabriken tatsächlich gebraucht werden.

Das Panel konnte mehrere Arten von Abfall verarbeiten – eine Flexibilität, die frühere Forschung bereits im kleineren Maßstab untersucht hatte. Es funktionierte sowohl mit Pflanzenfasern als auch mit durchsichtigem Kunststoff aus einer echten Limonadenflasche.

Zucker ließen sich am leichtesten aufspalten und setzten die größte Gasmenge frei, während das widerstandsfähigere Pflanzenmaterial weniger lieferte.

Die tatsächlichen Kosten des Solarpanels

Für ein Projekt dieser Art ging das Team einen ungewöhnlichen Schritt: Es führte für das funktionsfähige Panel eine reale Kostenanalyse durch und stützte sich dabei auf Daten aus den tatsächlichen Außeneinsätzen statt auf optimistische Annahmen.

Nach eigener Darstellung ist diese Offenheit in diesem Bereich eine Premiere.

Der Wasserstoff ist noch immer viel zu teuer, um kommerziell konkurrenzfähig zu sein.

Seine Herstellung auf diesem Weg kostet deutlich mehr, als heute bei einer Produktion im großen Maßstab bezahlt würde, und frühere Schätzungen wirkten nur deshalb günstiger, weil sie eine Leistung voraussetzten, die kein reales Gerät erreicht hat.

Eine Änderung brachte eine deutliche Verbesserung: Als das Team dieselben Panels weiterverwendete und lediglich die Metallschicht erneut aufsprühen ließ, sanken die Wasserstoffkosten stark.

Längere Lebensdauer der Panels

Trotz des Potenzials sind die Panels noch nicht bereit für ein Fabrikdach. Bei längerem Betrieb wird die Metallbeschichtung nach und nach vom Glas abgewaschen, wodurch die Leistung abnimmt.

Die Haltbarkeit ist der Schwachpunkt, doch es gibt einen möglichen Ausweg.

Das erneute Aufsprühen der Beschichtung stellte die Funktion der Panels in Tests wieder her und deutet darauf hin, dass sie überarbeitet statt ersetzt werden können.

Das Gerät gewinnt zudem nur Energie aus ultraviolettem Licht, einem kleinen Anteil der Sonnenenergie, die die Erde erreicht.

Verglichen mit den besten Laborsystemen, die reines Wasser spalten, erzeugt dieses Panel pro Stunde weiterhin weniger Wasserstoff.

Dafür bietet es etwas, das andere Systeme nicht liefern können: einen kostengünstigeren, einfacheren Aufbau sowie ein zweites nützliches Produkt, das aus Abfall gewonnen wird.

Was sich ändern könnte

Zuvor hatte niemand ein solches Kunststoff-zu-Brennstoff-Panel im Freien, in dieser Größe und mit skalierbaren Verfahren betrieben.

Jetzt gibt es eine funktionierende Version mit etwa 0,9 Metern Seitenlänge, die unter realen Wetterbedingungen läuft und Sonnenlicht sowie Abfall nutzt.

Wenn das Haltbarkeitsproblem gelöst wird, könnten solche Panels neben Abfallbehandlungsanlagen stehen und die Flaschen von gestern in Brennstoff statt auf die Deponie verwandeln.

Preiswertere Beschichtungen und bessere Lichtabsorber sind die nächsten Ziele. Die Kostenanalyse zeigt Ingenieuren sogar genau, an welchen Stellen sie ansetzen müssen.

Der Durchbruch besteht nicht darin, dass Kunststoffabfall bereits mit den heutigen Brennstoffquellen konkurrieren kann.

Entscheidend ist, dass die Technologie das Labor verlassen hat und sich unter realen Bedingungen zu bewähren beginnt, wodurch Ingenieure einen klaren Weg erhalten, sie praxistauglich zu machen.