Grüner Wasserstoff ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende, da er die Defossilisierung von Sektoren wie chemischer Produktion oder Schwertransport ermöglicht. Für die Produktion von grünem Wasserstoff liegt der Fokus aktuell auf der Elektrolyse mit erneuerbarem Strom, welcher jedoch nicht ausreichend zur Verfügung steht. Daher fokussiert sich die Arbeit unserer Gruppe auf die Produktion von Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser mittels Photokatalyse, wobei Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff (oder Wasserstoffperoxid) gespalten wird (siehe Abb. 1). Dafür arbeiten wir an der Aufklärung neuer Reaktionswege, welche die effiziente Nutzung von Sonnenlicht zur Wasserspaltung ermöglichen [1]. Ziel ist es dabei, in aufeinanderfolgenden Schritten unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums zu nutzen (siehe Abb.1, links), wodurch die Effizienz gesteigert werden kann. Dafür arbeiten wir sowohl mit molekularen Modellsystemen wie auch konjugierten Polymeren und anorganischen Materialien. Basierend auf den Erkenntnissen entwickeln wir neuartige Photokatalysatoren und nutzen diese für die Entwicklung von skalierbaren Prozessen zur Produktion von grünem Wasserstoff (siehe Abb. 1, rechts). Geleitet wird die Forschung dabei von quantitativen Methoden zur Bewertung von Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit, wie techno-ökonomischer und Lebenszyklus Analyse [2]. Dies hilft dabei, Forschungsrichtungen zu identifizieren, welche tatsächlich zu anwendbaren Materialien und Prozessen führen können. Die Nachwuchsgruppe wird gefördert im Rahmen der BMBF-Maßnahme „SINATRA“ und ist Teil des SFB/TRR 234 „CataLight“, des Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) und assoziiertes Mitglied des Helmholtz-Instituts für Polymere in Energieanwendungen Jena (HIPOLE Jena). Zudem bestehen eine Reihe von internationalen Kooperationen, insbesondere in den USA (Lawrence Berkeley National Laboratory und Georgia Institute of Technology). [1] Schneidewind, J., Argüello-Cordero, M. A., Junge, H., Lochbrunner, S., Beller, M. (2021): Two-photon, visible light water splitting at a molecular ruthenium complex. Energy & Environmental Science, 10.1039/D1EE01053K [2] Schneidewind, J. (2022): How much technological progress is needed to make solar hydrogen cost-competitive?. Advanced Energy Materials, 10.1002/aenm.202200342. Abb. 1. Überblick der Forschungsaktivitäten in der Gruppe: Katalyse Ansatz basierend auf einer ZweiSchritt Reaktionsabfolge zur Spaltung von Wasser, Nutzung von Photokatalysatoren in simplen Beutel Photoreaktoren und Entwicklung von Prozessen für die skalierbare Anwendung zur Produktion von grünem Wasserstoff. Bild: J. Schneidewind Neue Wege zur Produktion von grünem Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht und Wasser Wasserspaltung (Nachwuchsgruppe) Dr. Jacob Schneidewind Forschungsschwerpunkte • Untersuchung neuer Mechanismen für die Nutzung von Sonnenlicht zur Produktion von Wasserstoff • Entwicklung von homogenen sowie heterogenen Photokatalysatoren für Wasserspaltung • Prozesse zur Anwendung von Photokatalyse sowie quantitative Methoden zur Bewertung von Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit 102 — FORSCHUNG
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