Ameisensäure aus Sonnenlicht: Japanisches System braucht keine Batterie

Pflanzen beherrschen es seit Jahrmillionen: Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, auch wenn die Sonne nur schwach scheint und Wolken das Licht filtern. Photovoltaikanlagen stoßen dagegen schnell an Grenzen, denn schwankende Lichtverhältnisse machen eine stabile Stromversorgung ohne aufwendige Puffersysteme schwierig. Forscher:innen der Osaka Metropolitan University haben jetzt ein System zur künstlichen Photosynthese entwickelt, das dieses Problem auf ungewöhnlichem Weg löst.

Solarkraftstoff statt Batteriestrom

Das Grundprinzip der künstlichen Photosynthese ähnelt dem natürlichen Vorbild: Sonnenlicht treibt eine chemische Reaktion an, bei der Kohlendioxid und Wasser zu einem nutzbaren Brennstoff umgewandelt werden. In diesem Fall entsteht Ameisensäure, eine flüssige Verbindung, die sich gut speichern und transportieren lässt. Solche Systeme bestehen aus Solarzellen, die Strom erzeugen, und einem Elektrolyseur, der diesen Strom nutzt, um die chemische Reaktion anzutreiben.

Das Problem liegt im schwankenden Solarangebot. Sonnenstrahlung ändert sich ständig, je nach Tageszeit, Bewölkung und Jahreszeit. Ein Elektrolyseur reagiert empfindlich auf diese Schwankungen: Fällt die Stromzufuhr ab, verlangsamt sich die Reaktion; steigt sie plötzlich, gerät die Produktion aus dem Gleichgewicht, weil das System mehr Strom erhält, als der Prozess aufnehmen kann. Konventionelle Systeme lösen das mit einer Technik namens Maximum Power Point Tracking (MPPT), also einer elektronischen Steuerung, die die Solarzelle permanent im effizientesten Betriebspunkt hält. Dafür braucht es Batterien, Spannungswandler und zusätzliche Elektronik, was Kosten und Komplexität deutlich erhöht.

Der Elektrolyseur regelt sich selbst

Das Team um Professor Yutaka Amao und Assistenzprofessor Yasuo Matsubara vom Research Center for Artificial Photosynthesis hat den Elektrolyseur selbst zur Regeleinheit gemacht. Sie integrierten einen speziellen Festelektrolyten direkt in das Gerät, der auf Temperaturveränderungen reagiert. Wenn die Sonnenstrahlung zunimmt, erwärmt sich der Elektrolyseur. Diese Erwärmung senkt den elektrischen Widerstand des Festelektrolyten, Strom fließt leichter, und die Reaktionsrate steigt automatisch mit. Bei schwächerem Licht kehrt sich der Effekt um.

Das System führt die MPPT-Funktion also nicht über externe Hardware aus, sondern durch die thermischen und elektrischen Eigenschaften des Elektrolyseurs selbst. Batterien und Wandler werden überflüssig. In Außentests unter wechselnder Sonneneinstrahlung produzierte die Anlage eine reine, wässrige Ameisensäurelösung aus Wasser und CO₂, und das über den gesamten Tagesverlauf hinweg stabil. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift EES Solar.

Vom Expo-Pavillon zur Haushaltsanwendung

Einen ersten öffentlichen Auftritt hatte die Technologie bereits auf der Expo 2025 in Osaka. Im gemeinsamen Pavillon der Universität und des Unternehmens Iida Group Holdings erzeugte das System genug Ameisensäure, um ein beleuchtetes Miniatur-Diorama zu betreiben. Für Matsubara war das ein wichtiger Schritt: Die Forschungsgruppe hatte das System zu diesem Zeitpunkt bereits so weit entwickelt, dass sie auf einen Erfolg vertrauen konnte.

Langfristig sehen die Forscher:innen Potenzial für Anwendungen im Haushaltsbereich. Ein System, das bei wechselndem Tageslicht selbständig flüssigen Brennstoff herstellt und dafür weder Batterie noch aufwendige Steuerungselektronik benötigt, könnte dezentrale Energieversorgung deutlich einfacher und günstiger machen. Ameisensäure als Zwischenprodukt hat dabei einen weiteren Vorteil: Sie lässt sich bei Raumtemperatur lagern und bei Bedarf in Strom zurückwandeln.

via Osaka Metropolitan University