IEA SHC Task 72: "Accelerating solar fuel discovery guided by AI-driven autonomous lab". Interview mit Chair Víctor de la Peña O’Shea (2025)

Im Rahmen des IEA Solar Heating and Cooling Programms wurde die Forschungsgruppe Task 72 – Solar Photo Reactors for the Generation of Fuels and Chemicals gegründet. Ziel ist die Entwicklung solarbetriebener Prozesse und Reaktoren, um etwa grünen Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe oder Ammoniak aus CO₂ und Stickstoff zu gewinnen. Subtaskleiter zu Materialentwicklung ist Víctor de la Peña O'Shea, Forschungsgruppenleiter am spanischen Institut IMDEA Energy.

Kern der Arbeiten sind photoaktive Materialien, die Sonnenlicht absorbieren und in chemische Energie umwandeln. Sie bilden die Grundlage für die Herstellung von Wasserstoff, Methanol, Synthesegas, Methan oder Ammoniak. Entscheidend ist dabei die gezielte Anpassung des Materials an das jeweilige Endprodukt. Besonders vielversprechend sind Hybridmaterialien aus organischen und anorganischen Komponenten auf Basis nicht-kritischer Elemente. Sie kombinieren einstellbare optoelektronische Eigenschaften mit Nachhaltigkeit und Stabilität.

Ein weiteres Arbeitsfeld sind photothermale Prozesse, die Sonnenlicht in Wärme umwandeln und so Biomasse, Öl oder Plastikabfälle in Wertstoffe zerlegen. Ziel ist eine echte Synergie von Licht- und Wärmewirkung, bei der Photonen aktiv chemische Reaktionen antreiben, anstatt nur zusätzliche Energie zu liefern. Bei IMDEA wird dies u. a. bei der CO₂-Hydrierung erforscht, um Methanol oder Ammoniak zu erzeugen. Parallel dazu entwickelt das Team solare Stickstoff-Fixierungstechnologien, die Ammoniak direkt aus Luftstickstoff oder Stickoxiden gewinnen. Dieses „grüne Ammoniak" ist nicht nur als Dünger wichtig, sondern auch als Energiespeicher und -träger.

Ein zentrales Projekt ist das EU-geförderte HySolChem, in dem ein hybrider Solarreaktor entsteht. Dieser kombiniert Photokathoden zur CO₂- und N₂-Reduktion mit Anoden zur Oxidation von Abwasserinhaltsstoffen wie Mikroplastik. Ergänzt wird das System durch Ionenaustauschmembranen. Erste Ergebnisse zeigen hohe Effizienz, Stabilität und flexible Einsatzmöglichkeiten – mit oder ohne Licht.

Auch die Entwicklung selektiver Katalysatoren steht im Fokus: Kupfer gilt als vielversprechend für C2+-Verbindungen, Platin für Wasserstoff, während Kobalt und Eisen als günstige Alternativen für längere Kohlenwasserstoffe untersucht werden.

Für die Materialentwicklung setzt das IMDEA-Team zunehmend auf künstliche Intelligenz. Autonome Labore sollen mit Hilfe von Machine Learning selbstständig Experimente planen, durchführen und auswerten. So lassen sich komplexe katalytische Systeme schneller verstehen und optimieren.
Task 72 bündelt damit internationale Forschung zu solargetriebenen Prozessen für nachhaltige Treibstoffe, Chemikalien und Kreislaufwirtschaft – mit dem Potenzial, sowohl die Energieversorgung als auch die Landwirtschaft langfristig klimafreundlicher zu gestalten.

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