Programm Photovoltaik Ausgabe 2009 ... - Bundesamt für Energie BFE

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7/10 einer Vorverpflichtung mit relevanten Ressourcen durch das BFE sowie die adäquaten Kommitment seitens ETH-Rat resp. EPFL Leitung. Ebenfalls essentiell waren und sind die hohe Kompetenz und die positive Motivation von Prof. M. Grätzel als wissenschaftlicher Leiter und die am LPI sowohl vorhandenen als auch neu dazu gekommenen, signifikant ergänzenden Kompetenzträger (siehe Tabelle 1). Damit waren vorerst die angestrebten Grundlagen geschaffen, dass die Schweiz in den nächsten 3-5 Jahren weiterhin im Rahmen der verfügbaren Ressourcen gezielt Spitzenforschung in PEC-Wasserspaltung betreiben kann. In einer nachfolgenden Gesprächsrunde ging es darum weiteren Schweizer PEC-relevanten Forschungsgruppen Vision und Stand von PEChouse zu verdeutlichen und diese allenfalls in einer geeigneten Form einzubinden. Institutionen mit solchen Kompetenzgruppen sind zum Beispiel: Uni Basel, EMPA Dübendorf & Thun, Uni Genf und allenfalls Fachhochschulen z.B. Hochschule für Technik Rapperswil. Zusätzlich zur Unterstützungsarbeit vom PECNet-Team erweise sich dabei das nationale SwissPEC Meeting (Mai-08) hierzu als ein wichtiger Schritt. Erwähnenswert sind die daraus resultierenden, gemeinsamen Aktivitäten mit zwei EMPA Labors (Solid-State Chemistry and Catalysis Labor unter der Leitung von Dr. A. Weidenkaff, und High Performance Ceramics Labor unter der Leitung von Prof. T. Graule), mit der Uni Basel (Chemie Department unter der Leitung von Prof. E. Constable insbesondere auch im Rahmen des zugesprochenen EU Projekts NanoPEC (siehe unten), sowie direkt zwischen EMPA und Uni Basel (siehe Figur 5). Die Kompetenzträger des PEChouse sowie das NanoPEC Projekts sind seit Ende 2008 auch massgeblich im neuen IEA-HIA Annex-26 involviert, was zur starken Erweiterung der internationalen Forschungszusammenarbeit beiträgt [9]. PEChouse strebt ferner an, ab 2009 auch Industrie-Partner in die PEC-Wasserspaltungsforschung zu involvieren. 3. Erweiterung der Ressourcen 2007 wurde versucht, die Schweizer Ressourcen für PEC Forschung im Rahmen eines EU-FP7 Calls für „Renewable energy / Fuel production using solar radiation“ durch ein Materialforschungs-Proposal Namens „PEChit = Photo-Electro-Chemical hydrogen production by innovative technology“ zu erweitern. Unter der Leitung des PECNet-Teams wurde ein Europäisches Konsortium von zehn hochqualifizierten PEC-Spitzenforschergruppen inkl. Industriepartner, bekannt aus dem IEA-HIA Annex-20, zusammengestellt. Unter anderem wurde als langfristige Arbeitsgrundlage eine aus Sicht der EU entwickelte PEC-water-splitting Roadmap aufgebaut (siehe Figur 4). Das Proposal erreichte zwar das Punktesoll, wurde aber aus Mangel an Fördermitteln letztlich nicht gefördert. Research Development Application Basics Material Components Systemintegrat. Prototyp Product PV-Electrolysis O 2 H 2 PV + System Integration A - PECHit RTD SC Photo-Anode Small Scale Demonstrators O 2H2 Semiconductor Liquid Junction + PV SC Anode+PV material samples O O H2 2 H 2 2 SC Photo Anode SC Photo-Cathode ½ Monolithic Demonstrators and Prototypes B - succeeding PECHit TREN SC Anode+PV O H2H2 2 2 SC Cat.-PV Integration SC Photo Cathode O O2H2 2 H2 SC Photo Anode+Cathode C - Parallel / succeeding SC Photo Cathode RTD + TREN Monolithic Prototypes and Products SC Photo Anode+Cathode D - succeeding Industry Projects Vision: Sustainable Fuel Solar H 2 Demonstrator Level Legend: PV-Cell - Anode Pt - SC - Cathode Pt - SC – H 2 O-bath - External Connection - today 2012 2017 2022 2027 t Figur 4: Langfristige Roadmap zur Umsetzung der Vision einer nachhaltigen solaren H2-Produktion mittels photoelektrochemischen Wasserspaltung unter Anwendung von Halbleitertechnologien in direktem Kontakt mit dem Elektrolyt (Projekt Proposal PEChit, [8]). PECNet, M.Spirig, SPF Institut für Solartechnik 4 1 2 3 5 181/290 6 Full Semiconductor Liquid Junction O O2H2 2H2 7 O H2H2 2 2 O O2H2 2 H2 H 2

In der Folge wurde auf der Basis der geleisteten Vernetzungsaktivitäten und den Erfahrungen mit der PEChit Eingabe ein angepasstes Proposal namens „NanoPEC = Nanostructured Photoelectrodes for Energy Conversion“ bei der EU eingereicht. In vielen Aspekten ähnlich zum PEChit Proposal wurde das unter FP7 Energy-NMP 2008-1 eingegebene Projekt unter Schweizer Führung auf nanotechnologie-basierte Konzepte und Methoden ausgeweitet. Ziel ist es innovative Komposit-Nanostrukturen zu schaffen, welche zu einstellbaren Funktionalitäten führen. Die Koordination wird von Prof. M. Grätzel und das Projektmanagement durch das EPFL Energy Center wahrgenommen. Im Konsortium sind EPFL, EMPA, TU Delft, Technion, University of Warsaw, University of Porto, University of Oslo und ENI S.p.A. als Industriepartner. NanoPEC wird von der EU Commission mit 2.7 Mio Euros gefördert. Neben dem EU-Projekt NanoPEC hat PEChouse zudem folgende Ressourcenerweiterungen erreicht: EPFL interne Unterstützung zur Verbesserung der Instrumentierung mittels eines X-ray Diffractometers und Marie Curie Network grants für Doktoranden. Im 2009 ist zudem geplant im 5. CCEM Call (PSI) zusammen mit der EMPA und einem noch zu wählenden Industriepartner eine PEC Wasserspaltung Eingabe vorzubereiten. Als Kompetenzerweiterung wurde am EMPA High Performance Ceramics Labor, welches im Bereich der Materialsynthese und Pulverherstellung sowie Charakterisierung international höchst renommiert und entsprechende PEC-Kompetenzen am aufbauen ist, ein SNF-Projekt mitunterstützt (neue Instrumentierung). Zeitgleich wurde ein Forschungsprogramm für die Entwicklung von Mischmetalloxiden für PEC Wasserspaltung durch eine Finanzierungskombination von EMPA, Uni Basel und dem Restbudget von PECNet gestartet [10;11]. Als ein weiteres PEC-Kompetenznetzwerk-Erweiterungsziel ist dann eine entsprechend koordinierte Eingabe im Rahmen der Europäischen „Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative FCH JTI“ anzugehen. Hier ist im Jahre 2010 oder 2011 unter dem Titel „Low-temperature production process“ ein Call zu erwarten. Diskussion Durch die Etablierung von „PEChouse“ als Schweizer Forschungs- und Kompetenzzentrum für PEC- Wasserspaltung an der EPFL konnte der wichtigste Meilenstein im PECNet Projekt erreicht werden (siehe Figur 5). Mit dem LPI und dem EC war ein optimaler, international anerkannter Host gefunden, welcher mit hoher Kompetenz und Engagement nicht nur wissenschaftliche, sondern auch Management-Ziele (finanzielle, personelle, vernetzungs- sowie kommunikationstechnische, und repräsentative Arbeiten) kompetent bearbeiten und erreichen kann. Ebenfalls sehr vielversprechend ist in beiden Bereichen die Mischung zwischen älteren, sehr erfahrenen Kompetenzträgern und jüngeren, hochmotivierten und fachkundigen Wissenschaftlern. Ein Forschungsplan mit drei Workpackages ist vorhanden und die Ergebnisse wurden und werden wie geplant in entsprechenden Treffen und Berichten dem BFE laufend präsentiert. Im Moment scheint (bei PEChouse) ein effizientes und nachhaltiges Gleichgewicht zwischen sinnvollem Ausbaustand (Personen) und verfügbaren Ressourcen erreicht worden zu sein. Die noch zu erforschenden Grundlagenbereiche der effizienten PEC-Wasserspaltung bedingen jedoch schon bald an einen Weiterausbau von PEChouse zu denken, insbesondere im Rahmen des von FCH JTI im 2010 oder 2011 zu erwartenden Calls für „Low-temperature production processes“. PECNet, M.Spirig, SPF Institut für Solartechnik 182/290 8/10

In der Folge wurde auf der Basis der geleisteten Vernetzungsaktivitäten und den Erfahrungen mit der<br />

PEChit Eingabe ein angepasstes Proposal namens „NanoPEC = Nanostructured Photoelectrodes for<br />

Energy Conversion“ bei der EU eingereicht. In vielen Aspekten ähnlich zum PEChit Proposal wurde<br />

das unter FP7 Energy-NMP 2008-1 eingegebene Projekt unter Schweizer Führung auf nanotechnologie-basierte<br />

Konzepte und Methoden ausgeweitet. Ziel ist es innovative Komposit-Nanostrukturen zu<br />

schaffen, welche zu einstellbaren Funktionalitäten führen. Die Koordination wird von Prof. M. Grätzel<br />

und das Projektmanagement durch das EPFL Energy Center wahrgenommen. Im Konsortium sind<br />

EPFL, EMPA, TU Delft, Technion, University of Warsaw, University of Porto, University of Oslo und<br />

ENI S.p.A. als Industriepartner. NanoPEC wird von der EU Commission mit 2.7 Mio Euros gefördert.<br />

Neben dem EU-Projekt NanoPEC hat PEChouse zudem folgende Ressourcenerweiterungen erreicht:<br />

EPFL interne Unterstützung zur Verbesserung der Instrumentierung mittels eines X-ray Diffractometers<br />

und Marie Curie Network grants <strong>für</strong> Doktoranden. Im <strong>2009</strong> ist zudem geplant im 5. CCEM Call<br />

(PSI) zusammen mit der EMPA und einem noch zu wählenden Industriepartner eine PEC Wasserspaltung<br />

Eingabe vorzubereiten.<br />

Als Kompetenzerweiterung wurde am EMPA High Performance Ceramics Labor, welches im Bereich<br />

der Materialsynthese und Pulverherstellung sowie Charakterisierung international höchst renommiert<br />

und entsprechende PEC-Kompetenzen am aufbauen ist, ein SNF-Projekt mitunterstützt (neue Instrumentierung).<br />

Zeitgleich wurde ein Forschungsprogramm <strong>für</strong> die Entwicklung von Mischmetalloxiden <strong>für</strong><br />

PEC Wasserspaltung durch eine Finanzierungskombination von EMPA, Uni Basel und dem Restbudget<br />

von PECNet gestartet [10;11].<br />

Als ein weiteres PEC-Kompetenznetzwerk-Erweiterungsziel ist dann eine entsprechend koordinierte<br />

Eingabe im Rahmen der Europäischen „Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative FCH JTI“<br />

anzugehen. Hier ist im Jahre 2010 oder 2011 unter dem Titel „Low-temperature production process“<br />

ein Call zu erwarten.<br />

Diskussion<br />

Durch die Etablierung von „PEChouse“ als Schweizer Forschungs- und Kompetenzzentrum <strong>für</strong> PEC-<br />

Wasserspaltung an der EPFL konnte der wichtigste Meilenstein im PECNet Projekt erreicht werden<br />

(siehe Figur 5). Mit dem LPI und dem EC war ein optimaler, international anerkannter Host gefunden,<br />

welcher mit hoher Kompetenz und Engagement nicht nur wissenschaftliche, sondern auch Management-Ziele<br />

(finanzielle, personelle, vernetzungs- sowie kommunikationstechnische, und repräsentative<br />

Arbeiten) kompetent bearbeiten und erreichen kann. Ebenfalls sehr vielversprechend ist in beiden<br />

Bereichen die Mischung zwischen älteren, sehr erfahrenen Kompetenzträgern und jüngeren, hochmotivierten<br />

und fachkundigen Wissenschaftlern.<br />

Ein Forschungsplan mit drei Workpackages ist vorhanden und die Ergebnisse wurden und werden wie<br />

geplant in entsprechenden Treffen und Berichten dem <strong>BFE</strong> laufend präsentiert. Im Moment scheint<br />

(bei PEChouse) ein effizientes und nachhaltiges Gleichgewicht zwischen sinnvollem Ausbaustand<br />

(Personen) und verfügbaren Ressourcen erreicht worden zu sein. Die noch zu erforschenden Grundlagenbereiche<br />

der effizienten PEC-Wasserspaltung bedingen jedoch schon bald an einen Weiterausbau<br />

von PEChouse zu denken, insbesondere im Rahmen des von FCH JTI im 2010 oder 2011 zu<br />

erwartenden Calls <strong>für</strong> „Low-temperature production processes“.<br />

PECNet, M.Spirig, SPF Institut <strong>für</strong> Solartechnik<br />

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