Federführend: Prof. Tributsch , Hahn Meitner Institut
Durch innovative Ansätze werden hier in Anlehnung an Vorbilder der Natur neue Ideen zur solaren Energieumwandlung in nassen Systemen entwickelt und erprobt. Zur Zeit werden folgende Themengebiete bearbeitet:
Solar betriebener Schwefel-Energiezyklus
Biomasseerzeugung, bakterielle Korrosion, bakterielle Laugung von Sulfiden
Solar betriebener Schwefel-Energiezyklus
Bakterie
In Anlehnung an Ökosysteme um vulkanische Schlote in der Tiefsee wurde ein technischer Schwefelzyklus nachgewiesen und im Detail untersucht, der solare Energie in Biomasse von Bakterien umwandelt. Schwefelverbindungen werden solar hergestellt und von Kohlendioxid-fixierenden Bakterien als Energiequelle genutzt. Dieser letztere Mechanismus, der auch im biologischen Bergbau eine wichtige Rolle spielt, konnte weitgehend aufgeklärt werden. Die Biomassegewinnung kann dabei zehnmal effizienter als bei der Photosynthese sein. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Teile dieses Energie-Zyklus auch für die Biokorrosion des Stahls verantwortlich sind. In Zusammenarbeit mit der Industrie konnte die mikrobakterielle Korrosion an Stahl nachgewiesen werden. Eine Oberflächenbehandlung des Stahls, der den bakteriellen Angriff unterbindet, wurde patentiert.
Mobilisierung hydromechanischer Kräfte in mesoskopischen Systemen
solare Entsalzung von Meerwasser
Solare Mobilisierung hydromechanischer Kräfte in Kapillarsystemen
In situ Messungen des Kapillarflusses an Bäumen mittels IR-Technik
Durch die Wasserverdunstung in den Kapillarstrukturen der Pflanzen werden im Wasser Zugkräfte mobilisiert, über die mehr solare Energie umgewandelt wird als über die Photosynthese (Kühlung, Wasserversorgung, Wasserentsalzung). Mit dem Ziel diese technisch bisher unerschlossene Energiequelle zur Kraftgewinnung oder Wasserentsalzung zu nutzen, wurde ein neues Messverfahren für den Nachweis dieses Phänomens an Bäumen über Infrarot-Thermographie entwickelt. Ziel ist die Solarenergieumwandlung über wassergefüllte mesoskopische Strukturen.
Bionik-Vorbilder für energieaustauschender Grenzflächen
Bionik-Vorbilder für energieaustauschender Grenzflächen
Mammutbaum
Die Versiegelung von Silizium-Solarzellen verbraucht ein Drittel der Solarzellenkosten. Viele biologische Systeme, die solare Energie umsetzen, schützen sich vor Umwelteinflüssen effektiv durch dünne Wachsschichten. Kann man diese Technik auf Solarzellen übertragen? Wir isolieren unsere Häuser mit umweltgefährdenden mineralischen Fasern und Kunststoffen, weil organische Materialien zu feuergefährlich und verrottungsanfällig (Insekten, Mikroorganismen) sind. Die Natur hat beide Probleme gelöst, wie zum Beispiel bei der Rinde des Mammutbaumes (Sequoiadendron giganteum ). Kann man diese Kunstgriffe der Natur identifizieren und davon für die technische Anwendung
Stabilität nasser Farbstoff-Solarzellen
Untersuchungen zur Degradation des Farbstoffes und des Elektrolyten.
Stabilität nasser Farbstoff-Solarzellen
Veranschaulichung der Stabilität einer nassen Farbstoffzelle im Schema
Abbildende Techniken, bei denen Photoströme ortsaufgelöst über der Zeit untersucht werden, erlauben eine quantitative Charakterisierung von Degradationsprozessen in farbstoffsensibilisierten Solarzellen. Es wurden mehrere Mechanismen gefunden, die zur Photodegradation beitragen, die aber von den Herstellungsparametern der Zelle abhängen. In Zusammenarbeit mit dem INAP, Gelsenkirchen wurden daher unterschiedlich hergestellte Zellen auf Ihre Stabilität hin untersucht. Diese Ergebnisse ermöglichen es Schwachstellen bei dieser noch jungen Solarzellen-Technologie zu erkennen und zu beheben.