Solar-Treibstoff durch die künstliche Sonne

Forscher arbeiten an einem neuen Verfahren zur Wasserstoffgewinnung

(dpa) - Treibstoffproduktion mit Sonnenlicht – für die Entwicklung von Techniken dafür haben Wissenschaftler eine große künstliche Sonne gebaut. Die braucht zwar Strom aus der Steckdose – ist aber berechenbarer und viel intensiver als die Sonne am Himmel.

Die artifizielle Super-Sonne scheint nicht vom Himmel, sondern in einem Gebäude. Der Sonnensimulator heißt Synlight und steht in Jülich bei Aachen. Selbst die indirekte Strahlung von den Wänden ist noch so stark, dass der Mensch sie nur etwa eine Sekunde lang aushalten könnte. Gebündelt auf einen kleinen Fleck ist die Lichtintensität so groß, als würde sie von 10 000 Sonnen kommen. Die strombetriebene Hochleistungs-Sonne des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR) geht am Donnerstag in Betrieb.

Wissenschaftler des DLR-Instituts für Solarforschung wollen mit Synlight Produktionsverfahren für Kraftstoffe aus Sonnenlicht entwickeln. Und zwar nicht etwa für Autos, sondern für große Flugzeuge. „Bei den Autos glauben wir, dass Elektromobilität eine super Sache ist. Für große Flugzeuge ist es im Augenblick nicht vorstellbar, dass man sie elektrisch antreibt, also mit Batterien ausstattet“, sagt DLR-Projektleiter Kai Wieghardt. Wenn Wasserstoff mit Kohlendioxid reagiert, entsteht klimaneutrales Benzin, weil keine zusätzlichen Brennstoffe aus dem Boden geholt werden.

Ein Ziel der Anlage ist die effiziente Herstellung von Wasserstoff, der als besonders umweltfreundlicher Treibstoff der Zukunft gilt. Da Wasserstoff nur als chemische Verbindung vorkommt – beispielsweise im Wasser gebunden an ein Sauerstoffatom – wird er in Jülich in einem direkten chemischen Prozess abgespalten. Und zwar mit Energie der künstlichen Sonne, wie Wieghardt erklärt: Metall wird damit auf 800 Grad erhitzt und mit Wasserdampf bespritzt. Das Metall reagiert mit dem Sauerstoff, der Wasserstoff bleibt übrig. Beim weiteren Erhitzen wird der Sauerstoff wieder vom Metall getrennt. In Laborversuchen soll auch untersucht werden, welches Metall sich am besten dafür eignet.

Wegen der Wolken und der Luftzirkulation unter freiem Himmel haben die Forscher in der Natur nie gleiche Strahlungsverhältnisse, wie sie für reproduzierbare Versuche nötig sind. Und bisherige Laboranlagen sind viel zu klein, um aus den Ergebnissen Wahrscheinlichkeiten für die Praxis berechnen zu können. Das soll mit dem großen Sonnensimulator anders werden. Mit rund 350 Kilowatt hat die künstliche Sonne nach DLR-Angaben etwa das Zehnfache der Leistung herkömmlicher Laboranlagen – und mehr als alle LaborHochleistungsstrahler weltweit. Die Anlage besteht aus 149 Lampen, die normalerweise für Großkinoprojektoren verwendet werden. „Wir verwenden die Lampen, weil ihr Licht dem der Sonne am ähnlichsten ist“, sagt der Projektleiter. Die innen verspiegelten Lampenschirme haben einen Durchmesser von einem Meter. Sie sind auf einer 14 Meter hohen und 16 Meter breiten Fläche wabenförmig angeordnet.

Die Forschungsarbeiten in der Sonnensimulation werden nach DLR-Einschätzungen „etliche Jahre“dauern. Es gilt, das schier endlose Energiereservoir der Sonne nutzbar zu machen: „Die Sonne schickt uns das 10000-Fache des Weltenergieverbrauchs auf die Erde. Das ist ein Vielfaches der natürlichen Ressourcen, die es an Brennstoffen und Treibstoffen noch gibt“, sagt Wieghardt. Energiefresser für mehr Effizienz Mit dem direkten Verfahren geht das DLR einen eher ungewöhnlichen Weg. Üblich ist bei der Gewinnung von Wasserstoff der Umweg über die Elektrolyse: Dazu wird zunächst Sonnen- oder auch Windenergie in Strom umgewandelt und mit dessen Hilfe schließlich Wasserstoff gewonnen. Dieses Verfahren sei technisch ausgereift, teilt das Zentrum für Sonnenenergieund Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) mit. Wichtigste Stellschraube für die Wissenschaft sei die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Die Solarforscher in Jülich gehen davon aus, dass sie das mit ihrem Verfahren erreichen werden.

Der Sonnensimulator selbst ist ein Energiefresser: In vier Stunden Betrieb verbraucht die Anlage so viel Strom wie ein vierköpfiger Haushalt in einem Jahr. Ein relativer Wert, wie Wieghardt meint. Denn ein Ziel sei es, mit Synlight die Effizienz von Solarkraftwerken zu verbessern. Wenn dadurch nur ein Solarkraftwerk ein Prozent effektiver werde, würde sich der Energieaufwand nach Einschätzung der Forscher schon bezahlt machen.

FOTO: DPA DLR-Mitarbeiter Volkmar Dohmen justiert Xenon-Kurzbogenlampen: Auf einen Punkt ausgerichtet, erreicht die künstliche Sonne die 10 000-fache Intensität der Sonneneinstrahlung auf der Erde.