Yellow SiC: Erneuerbarer, günstiger Wasserstoff durch direkte Photokatalyse

Solar-zu-Wasserstoff von Yellow SiC Group: Prototyp für Anfang 2025 angekündigt.

Die 2021 gegründete Yellow SiC Group will die Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff durch Nutzung der direkten Photokatalyse entscheidend voranbringen. Denn: Damit ist günstiger Wasserstoff in nur einem Schritt ohne Installation einer Elektrolyse möglich. Benötigt werden Sonnenlicht und Wasser sowie ultrahochreines Siliziumkarbid (3C-SiC), das als Katalysator dient. Das Berliner Cleantech-Unternehmen verspricht sehr günstigen Wasserstoff.

Die Photokatalyse, die The Yellow SiC Group entwickelt hat, dient zur Erzeugung von „goldenem“ Wasserstoff nur aus Sonnenlicht und Wasser. Es wird keine externe Spannungsquelle oder Stromversorgung oder Elektrolyse benötigt. Das Verfahren könnte eine radikale Vereinfachung der Herstellung des erneuerbaren Gases bieten, eine neuartige Solar-zu-Wasserstoff-Technologie.

Der Clou ist ein neues Verfahren, das die Produktion von gelbem, hochreinem, kubischem Siliziumcarbid (3C-SiC) in großem Mengen und einem kontinuierlichen Produktionsprozess ermöglicht. Dazu dienen speziell angefertigte Maschinen und Reaktoren, so das Unternehmen. Das Material SC-SiC kann nicht nur für die solare Wasserspaltung genutzt werden, sondern auch für die Verwendung in Leistungshalbleitern und Anodenmaterialien für Batterien.

Da weniger Komponenten gebraucht werden, ist die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zur Elektrolyse überlegen: In Deutschland, also einem weniger sonnigen Land, soll die Wasserstoffherstellung per direkter Photokatalyse zu sechs Cent pro Kilowattstunde gelingen. Zum Vergleich: heutiger Elektrolyse-Wasserstoff liegt bei 16 Cent pro Kilowattstunde. In sonnigen Regionen könnten die Kosten für die Herstellung sogar auf 2 Cent pro Kilowattstunde sinken, so das Unternehmen in einer Pressemitteilung. Das entspricht 0,75 bis 2,00 Dollar pro Kilogramm.

In der Meldung gibt Conenergy bekannt, in das Cleantech-Startup Yellow SiC Group investiert zu haben. „Mit dem von Yellow SiC entwickelten Verfahren, soll 100% grüner Wasserstoff in großen Mengen sehr günstig produziert werden. Das kann ein wichtiger Beitrag zur Energiewende und zur Eindämmung der Klimakrise sein. Produkt, Geschäftsidee und Management des Unternehmens haben uns sehr überzeugt“, begründet Conenergy Vorstand Niels Ellwanger die Entscheidung, sich an dem Berliner Unternehmen zu beteiligen.

Anfang 2025 will The Yellow SiC Group die erste Pilotanlage in Osnabrück eröffnen, verkündet Co-Gründer Christopher Hoefener. Eine 150 Hektar große sogenannte HydroSiC-Anlage soll 56.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr einsparen. Der zweite Co-Gründer ist der Physiker Prof. Dr. Siegmund Greulich-Weber, der bis 2015 einen Lehrstuhl an der Universität Padeborn innehatte.

Was bedeutet 3C-SiC?

3C-SiC ist eine Abkürzung für „Cubic Crystal Structure Silicon Carbide“. Es ist eine Form von Siliziumcarbid (SiC), einem Halbleitermaterial, das für seine hohe Härte, thermische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit bekannt ist. 3C-SiC hat eine kubische Kristallstruktur, die es von anderen Formen von SiC unterscheidet. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie z.B. in Halbleiter-Schaltkreisen, Sensoren, optoelektronischen Geräten und thermischen Verteilern.

Alle Symbole in den SiC-Strukturen haben eine bestimmte Bedeutung: Die Zahl 3 in 3C-SiC bezieht sich auf die Drei-Doppelschicht-Periodizität der Stapelung (ABC), während das C die kubische Symmetrie des Kristalls bezeichnet.

Woher kommt die gelbe Färbung des Materials?

3C-SiC hat seine gelbe Farbe aufgrund von Unreinheiten von Stickstoff (N) und/oder Kohlenstoff (C) in seiner Kristallstruktur. Stickstoff und Kohlenstoff sind beide Dotierungselemente, die häufig zur Herstellung von 3C-SiC verwendet werden. Wenn diese Elemente in die Kristallstruktur eingebettet sind, beeinflussen sie die optischen Eigenschaften des Materials und verursachen die gelbe Farbe.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Farbe von 3C-SiC nicht immer gelb sein muss, sondern auch abhängig von der Dotierungsstufe und der Herstellungsmethode variiert. Beispielsweise kann eine höhere Dotierungsstufe von Stickstoff oder Kohlenstoff die Farbe von gelb zu braun oder schwarz ändern.

Wie wird 3C-SiC herkömmlich hergestellt?

3C-SiC wird heute hauptsächlich durch eine Methode namens „Chemical Vapor Deposition (CVD)“ hergestellt. CVD ist ein Prozess, bei dem eine gasförmige Verbindung von Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) in einer Hochtemperatur-Reaktionskammer deponiert wird, um eine Schicht von 3C-SiC auf einer Substratoberfläche zu bilden.

Der CVD-Prozess besteht aus mehreren Schritten:

1. Vorbereitung des Substrats: Das Substrat, auf dem 3C-SiC aufgebracht wird, wird gereinigt und auf die richtige Temperatur erhitzt.
2. Gasvorbereitung: Die gasförmigen Verbindungen von Si und C werden in die Reaktionskammer eingeleitet.
3. Deposition: Die gasförmigen Verbindungen reagieren unter Einwirkung von Wärme und einer Energiequelle, um 3C-SiC auf dem Substrat abzuscheiden.
4. Abkühlung: Das Substrat wird abgekühlt, um die 3C-SiC-Schicht zu fixieren.

Es gibt auch andere Methoden zur Herstellung von 3C-SiC, wie zum Beispiel die Methode des Metallorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), bei der metallorganische Verbindungen von Si und C verwendet werden, um die Schicht aufzubauen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Herstellung von 3C-SiC ein komplexer Prozess ist, der mehrere Faktoren beeinflusst, darunter die Art der Verbindungen, die verwendet werden, die Prozessbedingungen und die Reinheit des Substrats.

Einschätzung von Martin Jendrischik, Gründer von Cleanthinking.de zu Yellow SiC:

Die Herstellung von Wasserstoff so einfach und günstig wie möglich zu machen, ist eine der entscheidenden Aufgaben von Transformation und Energiewende. Das Vorhaben von The Yellow SiC Group könnte hierfür ein Durchbruch sein. Allerdings fehlen noch reichlich Informationen etwa über die Lebensdauer der vorgestellten Module oder über die Herkunft des Ausgangsmaterials.

Unklar ist auch, weshalb es bis zur Pilotanlage von Yellow SiC noch zwei Jahre dauern wird. Es macht in jedem Fall Sinn, den Weg des Cleantech-Unternehmens aus Berlin eng zu verfolgen – um dann herauszufinden, ob sich dahinter eine relevante Technologie der Energiewende befindet.