Wasserstoff durch Sonnenlicht

Was für Kinder auf ihren Plastikautos noch funktionieren mag, stößt bei Fahrzeugen für Erwachsene schnell an Grenzen: Nur mit Wasser im Tank allein ist noch niemand weit gekommen. Anders sieht es beim CO2-freien Energieträger Wasserstoff aus, der mithilfe erneuerbarer Energie hergestellt werden kann. Wenn Wasserstoff zusammen mit einer Brennstoffzelle eingesetzt wird, erzeugt er Strom, der wiederum einen Motor antreiben kann. Und das Gute daran: Es kommt nichts als Wasserdampf aus dem Auspuff. Klimaschutz 100 Prozent, Mobilität auch.

Doch die Vision hat einen Schönheitsfehler – die Herstellung des Wasserstoffs selbst. Der ließe sich, so die ursprüngliche Idee, mithilfe von Strom aus Wasser produzieren. Der Strom für diese sogenannte Elektrolyse soll aus gigantischen Solarstromanlagen in der Wüste kommen, wie sie beispielsweise im Rahmen des Projektes Desertec geplaant sind. Doch energetisch ist diese Idee wenig zukunftsweisend.

Bevor das Wasserstoff-Zeitalter beginnen kann, muss daher ein energieeffizientes Verfahren entwickelt werden, um das Gas herzustellen. Und das ist deutschen Forschern vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nun gelungen. Sie erzeugen im spanischen Almería mithilfe von konzentriertem Sonnenlicht umweltfreundlich Wasserstoff – ohne Umweg über die Elektrolyse.

Die Forscher nutzen das Solarturmkraftwerk der Plataforma Solar de Almería, die in den 1980er Jahren zur Erforschung der Solarenergienutzung gegründet wurde: Auf dem 100 Hektar großen Testgelände sind insgesamt rund 20.000 Quadratmeter Heliostatenfelder aufgebaut. Das sind Hunderte von Spiegeln, die sich computergesteuert so ausrichten, dass Sonnenlicht auf zentralen Empfängern konzentriert werden kann. Das fokussierte Licht fällt in 45 Metern Höhe durch zwei Quarzkristallgläser in das Herzstück der DLR-Anlage, den „Solarreaktor“. Dieser ist mit einer Wabenstruktur aus Siliziumkarbid ausgekleidet – ein besonders temperaturbeständiges Material mit guter Wärmeleitfähigkeit.

Für die Wasserstoffsynthese haben die Forscher die keramische Wabenstruktur mit Eisenmischoxiden beschichtet. Heizen die konzentrierten Solarstrahlen den „Reaktor“ auf 1.200 Grad Celsius auf, gibt die Beschichtung einen Teil des enthaltenen Sauerstoffs ab. Leitet man nun anschließend kühleren Wasserdampf über die Keramik, holt sich die Beschichtung den fehlenden Sauerstoff aus dem Wasser zurück – übrig bleibt Wasserstoff, der aus der Kammer strömt. Damit der Prozess kontinuierlich abläuft, haben die DLR-Forscher eine trickreiche Steuerung entwickelt: Eine der beiden Kammern wird jeweils auf 1.200 Grad hochgeheizt, um den Sauerstoff aus der Beschichtung zu bekommen, während in der zweiten Kammer bei 800 Grad der Wasserstoff erzeugt wird. Dann wird getauscht.

Im Großen und Ganzen sind die Forscher sehr optimistisch, was die Zukunft dieser Technologie betrifft: Im nächsten Schritt wollen sie eine Anlage mit einer Leistung von mehr als einem Megawatt bauen. Nicht in Spanien, sondern wahrscheinlich im heimischen Jülich.

Daniel Seemann

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