Programm Photovoltaik Ausgabe 2009 ... - Bundesamt für Energie BFE
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3/10 Projektziele Dieses Forschungsprogramm übergreifende (PV + Wasserstoff) Projekt verfolgte drei Hauptziele: 1. Know-how sichern – Fokussierung der Fortsetzung der Arbeiten Sichern der Schweizer Know-hows im Bereich PEC Wasserspaltung durch Technologie-Transfer und Ausarbeitung sowie Realisierung eines nationalen Forschungsplans zur Entwicklung einer neuen hybriden PV-PEC Demonstrator Zelle, letzteres auf der Basis einer BFE 2. Anschubfinanzierung für geeignete Nachfolgeforscher; Bündelung und Vernetzung der Kräfte Implementierung eines neuen, allenfalls virtuellen Schweizer Forschungskompetenzzentrums für PV-PEC Wasserspaltung – z.B. am ISIC/LPI der EPFL, am IMT der Uni Neuenburg, am Chemie Departement der Uni Basel, am Festkörperphysiklabor der ETHZ, am Chemie Departement der Uni Zürich, etc. [5]. Ausbau zu einem interdisziplinären, nationalen später allenfalls internationalen Netzwerk für PV- PEC Wasserspaltung (Photoanodenmaterialien, Dünnschicht-PV, Elektrokatalyse und funktionale Oberflächen; siehe Figur 2); 3. Erweiterung der Ressourcen Eingabe eines europäischen 4- bis 7-Jahres PV-PEC Wasserspaltungforschungsprojektes im Rahmen des neuen EU-FP7 Forschungsprogramms (mit Schweizer Lead). Ziel ist es auf jeden Fall weitere Mittel zum Ausbau der Aktivitäten zu beschaffen. Process Approach Principal System Institution Head / Base-Material Competences Photoelectrochemical Water Splitting - PEC Photo Electrolysis Semiconductor (SC) based PEC Biological Water Splitting Biomimetics Bacteria-based Plant-based Others Photovoltaics PV Photochemical Photoelectrochemical Legende: Anode gen. SC PV-Zelle Kathode gen. SC Semiconductor- Liquid Junction (SCLJ) Photovoltaic Semiconductor- Liquid Junction (PV/SCLJ) Photovoltaic Cell + Electrolyser Photoactive Metal-Organic Coordination Compound 2H + + 2Cl - � H 2 + Cl 2 1 SC +Red+Oxy-Cat 2 SCs SC Photo-Anode + PV Cell/Cathode SC Photo-Cathode + PV Cell/Anode TiO2-based (DSC) Si-based CIGS/CIS Others Figur 2: Positionierung potentieller PV-PEC Netzwerk Teilnehmer(Wissenschaft) anhand der Struktur der Wasserstoffherstellungstechnologien Ausbauziele: Es wird ferner angestrebt auch existierende Schweizer Industrieinteressen und -kompetenzen möglichst frühzeitig zu integrieren, insbesondere wurde hier an die Kompetenzen für Photoanodenmaterialien (Greatcell Solar, Solaronix) sowie Dünnschichtsolarzellen (VHF, Oerlikon solar) gedacht. Zu einem späteren Zeitpunkt, sobald Demonstratoren aufgebaut sind, könnten schliesslich auch die relevanten, akkreditierten Testing-Kompetenzen der Schweiz (SUPSI, SPF) im PV-PEC Netzwerk mitintegriert werden. PECNet, M.Spirig, SPF Institut für Solartechnik 177/290
Kurzbeschrieb des Projekts In der Schweiz wurden über die letzten 15 Jahre international führende Kompetenzen im Bereich der photo-elektrochemischen (PEC) Wasserspaltung. U.a. aufgrund von bevorstehenden Pensionierungen im PEC-Bereich bestand die Gefahr eines signifikanten Wissensverlustes sowie die Chance einer Neu- Kombination, Konzentration und wenn möglich sogar Erweiterung der Aktivitäten. Dieses Projekt PECNet verfolgte daher das übergeordnete Ziel die verbleibende Kompetenz interdisziplinär und umsetzungsorientiert, national und international verstärkt zu vernetzen sowie einen Ausbau der Ressourcen zu erreichen. Der PECNet Lösungsweg umfasste vier Hauptstufen: (i) Transfer und dadurch Sichern des Wissens der scheidenden PEC Kompetenzträger der Pionierzeit , (ii) Zusammenführen der aktiven PEC- Stakeholder mit relevanten Dünnschicht-PV-Spezialisten zu einem Schweizer Netzwerk (PECNet-CH), (iii) Erstellen eines 4-7 Jahres F+E-Plan für die Schweiz mit internationaler Integration, und (iv) Einreichen eines 4+3 Jahres Forschungsprojektes bei EU-FP7. Die Schweiz verfügt nun nicht zuletzt dank der Initiative von PECNet über eine äussert gut vernetzte, koordinierte und aktive institutionelle Forschungslandschaft im Bereich der PEC Wasserspaltung. Relevantes Know-how konnte für die Fortsetzungsprojekte erhalten, ein nationaler PEC Forschungsplan entwickelt, ein Schweizer PEC Kompetenz- und Forschungszentrum namens „PEChouse“ an der EPFL etabliert, vielfältige nationale PEC-relevante Forschungskapazitäten aktiviert und über PEChouse koordiniert, Projektfinanzierung signifikant gesteigert (EU-FP7 NanoPEC, Marie Curie, SNF, …), und die internationale Forschungszusammenarbeit (IEA-HIA Annex-26) ausgebaut werden. PECNet war ein klassisches Wissens- und Technologie-Transfer (WTT) Projekt, welches sowohl national wie international auf sehr positives Echo gestoßen ist und Anfang 2009 erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Erreichte Ergebnisse Als übergeordnete Aufgabe des Projektes galt es, PEC relevantes Know-how sowie Ergebnisse durch eine entsprechende Aufarbeitung und Bündelung der zumeist verteilten Informationen und Motivationen zu organisieren, durch fokussierte Forschungsarbeiten voranzutreiben und schliesslich deren Bestand oder Fortsetzung langfristig zu sichern. Für die nationale und internationale Kommunikation der PECNet Idee wurde eine entsprechende Präsentation und Web-Präsenz aufgebaut www.PECNet.org. Als verbindender Aufhänger wurde aus der Dreiecksbeziehung zwischen PEC Net o Energiequelle – Sonne oben o Energieträger – Elektrizität links o Energiespeicher – Wasserstoff rechts das Logo für PECNet abgeleitet. PEC-Wasserspaltung ist somit der direkte Weg von der Sonne zum Wasserstoff (dunkelblau verstärkte Kante auf der rechten Dreiecksseite), dies als Alternative zum indirekten, photovoltaischen Weg über die Elektrizität und Elektrolyse (hellblaue Kanten links und unten). Das weitere Vorgehen und entsprechend die Zielerreichung im Projekt PECNet hat sich an den oben genannten Hauptzielen orientiert. 1. Know-how sichern – Fokussierung der Fortsetzung der Arbeiten Das Know-how der in Pension getretenen Prof. J. Augustynski und Prof. G. Calzaferri sowie der in andere Bereiche abwandernden Kompetenzträger wie beispielsweise Dr. A. Currao, Dr. E. Figgemeier, Dr. R. Solarska und Dr. I. Cesar konnte in verschiedenster Hinsicht erfolgreich gesichert werden. Prof. Augustynski hat seine Aktivitäten von der Universität Genf an die Universität Warschau verlegt, wo er sich zusammen mit Dr. P. J. Kulesza nach wie vor aktiv an der PEC-Forschung beteiligt. Neben seiner traditionell starken Verknüpfung zur Gruppe um Prof. M. Grätzel besteht neu seit Mitte 2006 auch ein wachsender Kompetenzaustausch mit der EMPA, insbesondere mit Dr. A. Braun und Dr. R. Solarska, dies Dank intensiver Zusammenarbeit im Rahmen eines durch PECNet initiierten und vorangetriebenen EU-FP7 Proposals (PEChit). Das an der Uni Bern bei Prof. G. Calzaferri erarbeite Know-how konnte einerseits von Dr. A. Currao durch seine in der Anfangsphase starken Mitarbeit in PECNet (u.a. [6]) und durch den physischen Transfer von PEC relevanten (Spezial)-Messinstrumenten an die EPFL zu einem guten Teil erhalten bleiben. Andererseits wurden alle PEC Schlüsselpublikationen in einem Excel-File zusammengefasst PECNet, M.Spirig, SPF Institut für Solartechnik 178/290 4/10
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Projektziele<br />
Dieses Forschungsprogramm übergreifende (PV + Wasserstoff) Projekt verfolgte drei Hauptziele:<br />
1. Know-how sichern – Fokussierung der Fortsetzung der Arbeiten<br />
Sichern der Schweizer Know-hows im Bereich PEC Wasserspaltung durch Technologie-Transfer<br />
und Ausarbeitung sowie Realisierung eines nationalen Forschungsplans zur Entwicklung einer<br />
neuen hybriden PV-PEC Demonstrator Zelle, letzteres auf der Basis einer <strong>BFE</strong><br />
2.<br />
Anschubfinanzierung <strong>für</strong> geeignete Nachfolgeforscher;<br />
Bündelung und Vernetzung der Kräfte<br />
Implementierung eines neuen, allenfalls virtuellen Schweizer Forschungskompetenzzentrums <strong>für</strong><br />
PV-PEC Wasserspaltung – z.B. am ISIC/LPI der EPFL, am IMT der Uni Neuenburg, am Chemie<br />
Departement der Uni Basel, am Festkörperphysiklabor der ETHZ, am Chemie Departement der<br />
Uni Zürich, etc. [5].<br />
Ausbau zu einem interdisziplinären, nationalen später allenfalls internationalen Netzwerk <strong>für</strong> PV-<br />
PEC Wasserspaltung (Photoanodenmaterialien, Dünnschicht-PV, Elektrokatalyse und funktionale<br />
Oberflächen; siehe Figur 2);<br />
3. Erweiterung der Ressourcen<br />
Eingabe eines europäischen 4- bis 7-Jahres PV-PEC Wasserspaltungforschungsprojektes im<br />
Rahmen des neuen EU-FP7 Forschungsprogramms (mit Schweizer Lead).<br />
Ziel ist es auf jeden Fall weitere Mittel zum Ausbau der Aktivitäten zu beschaffen.<br />
Process Approach Principal System Institution Head / Base-Material Competences<br />
Photoelectrochemical<br />
Water Splitting - PEC<br />
Photo<br />
Electrolysis<br />
Semiconductor<br />
(SC) based PEC<br />
Biological Water Splitting<br />
Biomimetics<br />
Bacteria-based<br />
Plant-based<br />
Others<br />
Photovoltaics PV<br />
Photochemical<br />
Photoelectrochemical<br />
Legende:<br />
Anode gen.<br />
SC<br />
PV-Zelle<br />
Kathode gen.<br />
SC<br />
Semiconductor-<br />
Liquid Junction<br />
(SCLJ)<br />
Photovoltaic<br />
Semiconductor-<br />
Liquid Junction<br />
(PV/SCLJ)<br />
Photovoltaic Cell<br />
+ Electrolyser<br />
Photoactive<br />
Metal-Organic<br />
Coordination<br />
Compound<br />
2H + + 2Cl - � H 2 + Cl 2<br />
1 SC +Red+Oxy-Cat<br />
2 SCs<br />
SC Photo-Anode<br />
+ PV Cell/Cathode<br />
SC Photo-Cathode<br />
+ PV Cell/Anode<br />
TiO2-based (DSC)<br />
Si-based<br />
CIGS/CIS<br />
Others<br />
Figur 2: Positionierung potentieller PV-PEC Netzwerk Teilnehmer(Wissenschaft) anhand der Struktur<br />
der Wasserstoffherstellungstechnologien<br />
Ausbauziele:<br />
Es wird ferner angestrebt auch existierende Schweizer Industrieinteressen und -kompetenzen<br />
möglichst frühzeitig zu integrieren, insbesondere wurde hier an die Kompetenzen <strong>für</strong><br />
Photoanodenmaterialien (Greatcell Solar, Solaronix) sowie Dünnschichtsolarzellen (VHF, Oerlikon<br />
solar) gedacht.<br />
Zu einem späteren Zeitpunkt, sobald Demonstratoren aufgebaut sind, könnten schliesslich auch die<br />
relevanten, akkreditierten Testing-Kompetenzen der Schweiz (SUPSI, SPF) im PV-PEC Netzwerk<br />
mitintegriert werden.<br />
PECNet, M.Spirig, SPF Institut <strong>für</strong> Solartechnik<br />
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