Mittwoch, 5. Januar 2011
, von Freeman um 13:00
Einem
Forschungsteam um Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare
Energieträger an der ETH Zürich und Leiter des Labors für Solartechnik
am Paul Scherrer Institut (PSI), ist es gelungen einen Solar-Reaktor zu
entwickeln, der ein brennbares Gas produziert. Das Bild zeigt Professor Steinfeld und sein Doktorand Philipp Furler, wie sie ein Experiment mit ihrem solaren thermochemischen Reaktor zur Treibstoffgewinnung aus Wasser und CO2 am Hochfluss-Solarsimulator der ETH Zürich verfolgen.
Mit einem radikal neuen Prozess wird Wasser und Kohlendioxid umgewandelt in ein Gemisch von Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO), das als "Syngas" bezeichnet wird und eine Vorstufe von Benzin, Kerosin und anderen flüssigen Treibstoffen darstellt. Als Energielieferant für den Prozess wird konzentrierte Sonnenstrahlung verwendet. Zusammen mit Kollegen des California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, USA, haben die ETH- und PSI-Forscher den Solar-Reaktor entwickelt und die experimentellen Resultate in der aktuellen Ausgabe von "Science" veröffentlicht.
Damit könnte das Problem gelöst werden, wie speichert man die Sonnenenergie, wandelt sie in einen Treibstoff um und transportiert sie zum Verbraucher. Ausserdem wäre dieser neue Treibstoff unerschöpflich, da Sonne, Wasser und CO2 unbegrenzt vorhanden sind. Und die bestehenden Verbrennungsmotoren und Triebwerke müssten nicht umgestellt werden, Benzin aus Erdöl kann nahtlos ersetzt werden.
Die zugrundeliegende Idee besteht darin, Wasser und CO2 thermo- chemisch mit Hilfe eines zweistufigen Metalloxid-Redox-Kreisprozesses aufzuspalten. In einem ersten, energieintensiven Schritt wird Ceriumoxid mit Hilfe von konzentrierter Sonnenstrahlung bei einer Temperatur von 1500°C reduziert. Dabei gibt das Material Sauerstoffatome aus der Struktur ab. Im zweiten Schritt lässt man das reduzierte Ceriumoxid bei etwa 900°C mit Wasserdampf und CO2 reagieren; dabei werden die Wasser- und CO2-Moleküle aufgebrochen und die freiwerdenden Sauerstoffatome so in die Materialstruktur integriert, dass das Ceriumoxid wieder in der Ausgangsform ist und der Kreisprozess erneut gestartet werden kann. Übrig bleibt reines Syngas aus H2 und CO.
"Es ist thermodynamisch gesehen attraktiv, den solarchemischen Prozess bei hohen Temperaturen zu betreiben und das gesamte Sonnenspektrum zu nutzen, um mit hohen Reaktionsgeschwindigkeiten und einem hohen Energieumwandlungswirkungsgrad solare Treibstoffe herzustellen", erklärt Steinfeld.
Die Reaktorkonfiguration besteht aus einem Hohlraum-Receiver, der einen porösen, monolithischen Ceriumoxid-Zylinder beinhaltet. Konzentrierte Sonnenstrahlung tritt durch eine mit einem durchsichtigen Quarzglas abgedichtete Blendenöffnung ein und wird vom Ceriumoxid innerhalb des Reaktors direkt und effizient absorbiert. Dieses Material wird unter Beigabe eines geeigneten Gases zyklisch erhitzt und gekühlt, was die Produktion des "Syngas" auslöst.
Zurzeit sind Steinfeld und seine Gruppe daran, den Solar-Reaktor so zu optimieren, dass er auch in grossem Massstab − im Megawatt-Bereich − in Solarturm-Anlagen eingesetzt werden kann. Solche Anlagen sind bereits kommerziell zur Stromerzeugung im Einsatz. Steinfeld bleibt aber konservativ mit seiner Einschätzung, bis wann seine Solarreaktor- technologie in der Praxis in Betrieb genommen werden könnte:
"Es sind noch grosse Anstrengungen nötig, doch 2020 sollten wir soweit sein, dass die erste industrielle Solartreibstoff-Anlage in Betrieb gehen und einen zentralen Beitrag zur nachhaltigen Energieerzeugung der Zukunft leisten kann".
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