Energieversorgung in der Antarktis: Ist solarer Wasserstoff eine Alternative zu Erdöl?

Volkswagenstiftung fördert Machbarkeitsstudie durch HZB-Experten für künstliche Photosynthese

Auch am Südpol scheint die Sonne – im Sommer sogar fast rund um die Uhr. Forschungsstationen könnten im Sommer mit Sonnenlicht „solaren Wasserstoff“ produzieren und so auf Erdöl weitgehend verzichten. Wasserstoff besitzt eine hohe Energiedichte, lässt sich gut speichern und bei Bedarf als Brennstoff nutzen, ohne die Umwelt zu belasten. Matthias May, HZB, und Kira Rehfeld, Uni Heidelberg, wollen nun überprüfen, ob  die solare Brennstofferzeugung in der Antarktis realisierbar ist. Das Projekt wird von der Volkswagenstiftung gefördert.

Neben Pinguinen leben vor allem Forscherinnen und Forscher in der Antarktis: Sie sammeln Neutrinos, analysieren Gletscher und Eisbohrkerne oder untersuchen, wie Organismen die lebensfeindlichen Bedingungen überstehen. Die Forschungsstationen werden ganzjährig betrieben und benötigen Wärme und Strom, die zu einem großen Teil mit Erdöl erzeugt werden.

Aufwändig und riskant: Die Versorgung mit Erdöl

Wie aufwendig der Transport von Erdöl in diese Region der Erde jedoch ist, merkte die Umweltphysikerin Dr. Kira Rehfeld, Universität Heidelberg, als sie selbst an einer Antarktis-Expedition teilnahm. Selbst kleinste Leckagen sind für das empfindliche Ökosystem ein enormes Problem, daher müssen beim Transport strenge Auflagen beachtet werden.

Mit Sonnenlicht Wasser aufspalten

Gleichzeitig scheint während der Sommermonate die Sonne in der Antarktis rund um die Uhr und sehr intensiv. Wäre es nicht möglich, diese Sonnenenergie in eine Energieform umzuwandeln, die sich gut speichern lässt? Diese Idee spielte Kira Rehfeld nach ihrer Heimkehr zusammen mit dem HZB-Experten Dr. Matthias May durch. May forscht an komplexen Materialsystemen, die mit Sonnenlicht Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten. Wasserstoff speichert die Energie des Lichts als chemische Energie. Bei Bedarf kann diese chemische Energie wiederum in elektrische Energie (Strom) oder Wärme umgewandelt werden, wobei nur Wasser entsteht und keine schädlichen Emissionen.

Wasserstoff ist speicherbar

Und ein zentraler Punkt: Wasserstoff-Gas lässt sich sehr gut in Druckflaschen speichern, sodass Wasserstoff auch für die Winterzeit zur Verfügung steht. Rehfeld und May wollen nun in einer Machbarkeitsstudie prüfen, inwieweit die Technologie auch unter den extremen Bedingungen der Antarktis funktioniert. Das Projekt wird von der Volkswagenstiftung für 18 Monate mit 120.000 Euro gefördert.

Funktioniert das bei Kälte?

Dabei müssen sie Lösungsansätze für eine Reihe von Problemen entwickeln: Denn für die solare Wasserspaltung müssen photovoltaische Schichten mit den elektrochemischen Reaktionen kombiniert werden. Während die Photovoltaik recht gut bei Temperaturen unter Null Grad funktioniert, laufen chemische Reaktionen nur sehr langsam ab, wenn es kalt ist. Außerdem müssen Module für die Erzeugung von Wasserstoff mit Sonnenlicht weitgehend wartungsfrei und autonom laufen.

Besonders preisgünstig müssen die ersten Lösungsansätze dagegen nicht unbedingt sein. „Der Siegeszug der Photovoltaik hat auch mit Solarzellen begonnen, die zunächst sehr teuer waren und nur in Satelliten eingesetzt werden konnten“, argumentiert May. „Auch die Versorgung der antarktischen Stationen mit Erdöl ist extrem aufwendig und zudem mit hohen Risiken für die Umwelt verbunden. Es ist auf jeden Fall lohnend, über Alternativen nachzudenken“, betont Kira Rehfeld.

Zur Förderinitiative "Experiment!" der Volkswagenstiftung: "Experiment!" richtet sich an Forscherinnen und Forscher, die eine radikal neue und riskante Forschungsidee austesten möchten. Sie erhalten die Möglichkeit, während einer explorativen Phase erste Anhaltspunkte für die Tragfähigkeit ihres Konzeptes zu gewinnen. Die Förderung beträgt maximal 120.000 Euro und ist auf maximal 18 Monate begrenzt. volkswagenstiftung-experiment.