Wasserstoff aus Solarthermie soll PV in den Schatten stellen

Klassischer Solarkollektor; Foto: shutterstock

Mit einem innovativen Hybrid-Solarsystem, das aus der Ferne betrachtet wie ein ganz gewöhnlicher Solarkollektor aussieht, will Nico Hotz, Ingenieur und Assistenzprofessor an der zur Duke Universität gehörenden Pratt School of Engineering, deutlich mehr Energie erzeugen als mit Photovoltaik.

Bei dem von ihm vorgeschlagenen System soll das Sonnenlicht ein in Röhren befindliches Gemisch aus Wasser und Methanol erhitzen und nach zwei katalytischen Reaktionen wesentlich effizienter Wasserstoff als herkömmliche Techniken produzieren.

Das Hybridsystem im Vergleich

„Das Hybridsystem erreicht einen exergetischen Wirkungsgrad von 28,5 Prozent im Sommer und 18,5 Prozent im Winter, im Vergleich zu fünf bis 15 Prozent bei konventionellen Systemen im Sommer und 2,5 bis fünf Prozent im Winter“ so Hotz. Untersucht hat der Wissenschaftler dabei drei Systeme, die er mit seinem Hybridsystem verglich:
– eine gewöhnliche Solarzelle, die Strom aus Sonnenlicht erzeugt, um dann mit Hilfe der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten,
– ein auf Photokatalyse basierendes, noch nicht ausgereiftes System, das ähnlich dem System von Hotz den Wasserstoff produziert, aber deutlich einfacher in der Konstruktion gehalten ist und
– ein System, bei dem der zuvor durch Solarzellen produzierte Strom in unterschiedlichen Batterien gespeichert wurde.

Funktionsweise

Was aussieht wie ein Sonnenkollektor, entpuppt sich bei näherer Betrachtung als eine Konstruktion aus mehreren Kupferrohren. Diese sind mit katalytischen Nanopartikeln, Aluminium und Aluminiumoxid beschichtet und führen in ihrem Inneren eine Mischung aus Methanol und Wasser. Rund 95 Prozent der einfallenden Sonnenenergie lässt sich in den unter Luftabschluss stehenden Rohren einfangen und erlaubt eine Erhitzung des Methanol-Wasser-Gemisches von über 200 Grad Celsius. Im Vergleich dazu: Herkömmliche Solarkollektoren erhitzen das Wasser nur auf bis zu 70 Grad Celsius. Durch die hohen Temperaturen in den beschichteten Kupferrohren verdampft nun die Flüssigkeit und produziert, durch das Hinzufügen geringer Mengen eines Katalysators, effizient Wasserstoff. Dieser kann anschließend gespeichert und bei Bedarf beispielsweise in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung oder auch als Treibstoff für Autos mit Wasserstoffverbrennungsmotor genutzt werden. Gerade auch in abgelegenen Gebieten, wo eine herkömmliche Stromproduktion zu schwierig oder teuer ist, kann das System die Stromversorgung sicherstellen.

Test bestanden

Bei dem Vergleich der Systemen kam Hotz zu dem Schluss, dass das Solar-Methanolsystem die geringsten Kosten verursacht. Zwar ist es mit 7.900 Dollar inklusive sämtlicher Installationskosten deutlich teurer, als ein mit fossiler Energie betriebener Stromgenerator, kann aber dennoch bis zu einem gewissen Grad mit diesen konkurrieren. Etwa im Sommer, denn da schafft es das Hybridsystem teilweise sogar, günstiger Strom zu produzieren, als seine fossil betriebenen Pendants.

Judith Schomaker

4 Bemerkungen

  • 7900 USD? OK. Nice. But, what performance? How much KWH per year on solar STC? So what will the producing cost per KWh und STC? Please aggregate related important information.

    Thank you

    Thomas Blechschmidt

  • Hallo,
    ich kann aus dem oben dargestellten Vergleich die Vergleichsbasis nicht herauslesen: wurde Methanol-/Wassergemisch vorausgesetzt und Wasserstoff mit seinem Heizwert bewertet?
    Um die Sinnhaftigkeit zu bewerten und die Lösung mit anderen zu vergleichen, sollte die Basis gleich gewählt werden.
    Wenn man sich auf Primärenergie bezieht, stellt man fest, dass für PV die Sache klar ist, aber für den beschriebenen Prozess sich die Frage nach der Methanolerzeugung stellt. Letztere muss auch noch regenerativ betrieben sein, um nicht fossile mit regenerativer Primärenergie zu vergleichen.

    Generell kann man sicherlich sagen, dass es sinnvoll ist den Umweg über die qualitätiv/exergetisch hochwertigste elektrische Energie zu vermeiden. Im vorliegenden Fall würde ich gerne eine saubere Systemgrenze und Bilanzierung sehen.

    Ich bin auf weitere Details gespannt.

  • Bleibt die Frage nach einer für den Endverbraucher praktikablen Speicherung vom Wasserstoff. Werden hier die notwendigen Fortschritte gemacht, wird uns die wasserstoffbasierte Ernergieanwendung alle derzeitigen Probleme mit Batterien/ nachwachsenden Rohstoffen/ CO2 Bilanz vom Tisch fegen. Wasserstoff ist die Zukunft!