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StartseiteForschung aktuellWasserstoff vom Solarturm17.09.2019

Tolle Idee! - Was wurde daraus?Wasserstoff vom Solarturm

Wasserstoff gilt als der Treibstoff der Zukunft. Klimafreundlich ist das aber nur, wenn der Wasserstoff mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt wird. Schon lange wird an der solaren Wasserstoffproduktion geforscht - aber eine kommerzielle Nutzung ist noch nicht absehbar.

Von Frank Grotelüschen

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Parabolspiegel, Zentrum zur Erforschung der Sonnenenergie, Plataforma Solar de Almería, Wüste von Tabernas, Provinz Almería, Andalusien, Spanien (imageBROKER)
Parabolspiegel am Zentrum zur Erforschung der Sonnenenergie (imageBROKER)
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Die Region Andalusien in Südspanien. Auf dem Gelände des Forschungszentrums Plataforma Solar de Almería stehen Hunderte von Spiegeln, jeder groß wie eine Plakatwand. Sie bündeln das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turms, der am Rand des Spiegelfelds steht. Der Spiegel Nummer 503 soll getestet werden, so das Funkkommando.

Stück für Stück rückt der Spiegel weiter, getrieben von einem Elektromotor. Eine automatische Nachführung, die dafür sorgt, dass die vom Spiegel reflektierten Sonnenstrahlen stets auf die Turmspitze zielen. Eigentlich wurden solche Solartürme entwickelt, um über Dampferzeuger und Turbinen regenerativen Strom zu erzeugen – quasi eine Alternative zur Fotovoltaik. Doch schon Anfang der 2000er-Jahre fing man an, solche Forschungssolartürme auch für einen anderen Zweck zu verwenden – die klimafreundliche Erzeugung von Wasserstoff. Der Name des Projekts: Hydrosol.

"Hydrosol hat angefangen 2002."

Sagt Christian Sattler vom DLR, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

"Zuerst ganz klein – der erste Hydrosol-Reaktor war so groß wie eine große Popcorn-Trommel. Dann wurde das Ganze größer gemacht, besser gemacht."

Das Prinzip: Auf der Spitze des Solarturms ist ein Reaktor montiert. Er enthält eine Spezialkeramik, durch deren Poren Wasserdampf strömt. Das gebündelte, um den Faktor 1500 konzentrierte Sonnenlicht erhitzt diesen Reaktor auf über 800 Grad Celsius.

"Dann zerfällt das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Damit die Temperaturen nicht zu hoch werden, nutzt man Hilfsmaterialien, die den Sauerstoff festhalten, den Wasserstoff freisetzen. Diese Hilfsmaterialien kann man dann wieder regenerieren. Der Sauerstoff wird abgegeben und das Material kann wieder eingesetzt werden."

Wasserstofferzeugung durch Hitzespaltung. Der erste Teil der Methode ist bereits Routine, sagt Sattler.

Höhere Wirkungsgrade sind wichtig

"Das Sonnenlicht zu bündeln, beherrscht man schon sehr gut. Denn es gibt kommerzielle solarthermische Kraftwerke, die ganz ähnlich funktionieren. Das kann man in sehr großen Maßstäben."

Entwicklungsbedarf dagegen gibt es noch bei Teil 2 – beim Reaktor. Er kann bislang nur etwa fünf Prozent der Solarenergie in Wasserstoff umwandeln. Wünschenswert wäre ein Wirkungsgrad von mindestens zehn Prozent.

"Diese Materialien, die den Sauerstoff aufnehmen und wieder abgeben, müssen effizienter werden. Und sie müssen lange halten. Das sind zurzeit die Entwicklungsschritte, die wir machen."

Deswegen gehen nun neue Pilotanlagen mit optimierten Materialien an den Start. Auf der Plataforma Solar in Andalusien etwa ist die nächste Stufe von Hydrosol angelaufen – eine Anlage mit einer Leistung von 750 Kilowatt. Sie kann pro Woche einige Kilogramm Wasserstoff erzeugen und soll beweisen, dass sie effizienter sein kann als eine andere Methode, die Elektrolyse. Bei ihr wird Wasser nicht durch Hitze gespalten, sondern mithilfe von regenerativem Strom.

Eine kommerzielle Wasserstofffabrik jedoch müsste viel größer sein als die bisherigen Prototypen. Zum Beispiel:

"Das Solarfeld hat einen Durchmesser von 2,8 Kilometern. Und der Turm ist um die 200 Meter hoch. So sieht so eine Anlage aus."

Bevor man solche Riesen bauen könnte, würde es allerdings noch einen Zwischenschritt brauchen – eine Demonstrationsanlage, die beweist, dass sich die Technik tatsächlich im großen Maßstab umsetzen lässt. Das Problem:

"Diese Investition muss jemand unterstützen, damit so etwas gemacht wird."

Einige 100 Millionen Euro würde so ein Demonstrator kosten – Geld, dass bislang niemand in die Hand nehmen mag.

Auch für synthetisches Kerosin interessant

Deshalb setzt die Fachwelt parallel auf eine zweite Strategie – auf Solartürme, die einen Treibstoff erzeugen, an dem weltweit großes Interesse besteht.

"Unser Ziel ist, flüssige Treibstoffe herzustellen, insbesondere Kerosin für die Luftfahrt."

Das Team von Aldo Steinfeld von der ETH Zürich hat eine Pilotanlage entwickelt, die mithilfe von konzentriertem Sonnenlicht synthetisches, CO2-neutrales Kerosin produziert. Seit Juni steht sie auf dem Dach von Steinfelds Institut.

"Wir haben einen Solarreaktor in den Brennpunkt eines Fokussierspiegels montiert. Sein Kernstück ist eine poröse Keramik namens Cer-Oxid. Das gebündelte Sonnenlicht erhitzt sie auf 1500 Grad. Dadurch können CO2 und Wasser aus der Luft gespalten werden zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Das Ergebnis ist ein Synthesegas, das sich anschließend zu Kerosin weiterverarbeiten lässt."

Eine Art solare Miniraffinerie also. Ihre Ausbeute aber ist bescheiden – pro Tag liefert sie gerade mal einen Zehntelliter Flugbenzin. Um die Technik weiterzuentwickeln, testen die Fachleute nun einen größeren Prototyp auf einem Solarturm nahe Madrid. Sun-to-liquid, so heißt das EU-Projekt.

"Bislang erreichen wir lediglich eine Effizienz von fünf bis sechs Prozent. Das ist noch viel zu wenig. Um das Verfahren wirtschaftlich zu machen, müssen wir einen Wirkungsgrad von mehr als 15 Prozent schaffen."

Das bedeutet: Die Fachleute müssen Materialien und Design optimieren und für eine effektive Wärmerückgewinnung sorgen. Gelingt das Unterfangen, würden solare Kerosinfarmen am besten dort stehen, wo dauernd die Sonne scheint und jede Menge Platz ist – etwa in der Sahara. Denn Platz, sagt Aldo Steinfeld, würde man auf jeden Fall brauchen.

"Eine Anlage von der Größe eines Quadratkilometers könnte pro Tag 20.000 Liter Kerosin produzieren. Ein Passagierjet verbraucht rund 100.000 Liter für einen Transatlantikflug. Demnach wären fünf Anlagen nötig, um einen Langstreckenjet betanken zu können. Und um den weltweiten Kerosinbedarf zu decken, bräuchte es Tausende von diesen Solartürmen."

Eine Vision, bei der klar ist, dass ihre Umsetzung noch so einige Jahre dauern würde.

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