Sonne auf Knopfdruck

Axel Fuchs, Bürgermeister der Stadt Jülich; Prof. Dr.-Ing. Bernhard Hoffschmidt, Leiter des DLR-Instituts für Solarforschung; Dr. Georg Menzen, Leiter des Referats für Energie­forschung im Bundes­ministe­rium für Wirtschaft; Johannes Remmel, NRW-Umwelt­minister; Prof. Dr. Karsten Lemmer, Vorstand für Energie und Verkehr des DLR; Dr. Kai Wieghardt, Projekt­leiter Synlight; Carlo Aretz, Geschäfts­führer Techno­logie­zentrum Jülich (v.l.n.r.; Bild: DLR; CC-BY 3.0)

Die größte künstliche Sonne der Welt scheint seit gestern in Jülich. Der nordrhein-west­fälische Umwelt­minister Johannes Remmel nahm gemeinsam mit Dr. Georg Menzen vom Bundes­wirtschafts­ministerium und Prof. Karsten Lemmer, Vorstand für Energie und Verkehr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, die neue Forschungs­anlage Synlight in Betrieb. Mit der Anlage sollen unter anderem Produktions­verfahren für solare Treibstoffe, wie beispiels­weise Wasser­stoff, entwickelt werden.

NRW-Umweltminister Johannes Remmel betonte die Bedeutung der Forschung für die Energie­wende: „Um die Ziele zum Ausbau der erneuer­baren Energien zu erreichen, brauchen wir den praktischen Ausbau vorhandener Technik. Aber ohne Investi­tionen in innovative Forschung, in modernste Techno­logien und auch in weltweite Leucht­turm­projekte wie Synlight wird die Energie­wende stecken bleiben.“

In dem dreistöckigen Synlight-Gebäude strahlen insgesamt 149 Xenon-Kurz­bogen­lampen. Zum Vergleich: in einem großen Kinosaal wird die Leinwand durch eine einzelne Xenon-Kurz­bogen­lampe bestrahlt. Die Wissen­schaftler können die Strahler auf eine Fläche von zwanzig mal zwanzig Zentimeter fokussieren. Trifft die Strahlung der Lampen mit einer Leistung von bis zu 350 Kilowatt dort auf, hat sie die bis zu 10.000­fache Intensität der Solar­strahlung auf der Erde. Im Fokus der Lampen entstehen Temperaturen bis zu 3000 Grad. Diese Temperaturen nutzen die Forscher um Treibstoffe wie zum Beispiel Wasserstoff herzustellen.

Wasserstoff gilt als der Treibstoff der Zukunft denn er verbrennt ohne dabei Kohlen­dioxid abzugeben. Die Herstellung von Wasserstoff durch Aufspalten des weltweit verfügbaren Rohstoffs Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff bedarf einer großen Menge Energie. Diese kann von der Sonne bereitgestellt werden. „Erneuerbare Energien bilden zukünftig das Rückgrat für die weltweite Energie­versorgung“, betont DLR-Vorstand Lemmer die Relevanz intensiver Forschungen zur alternativen Energie­gewinnung. „Solar erzeugte Kraft-, Treib- und Brennstoffe bieten große Potentiale für die Langzeit­speicherung, die Erzeugung chemischer Grundstoffe und die Reduzierung von CO2-Emissionen. Synlight gibt unseren Forschungen auf diesem Gebiet Rückenwind.“

Schnellere Entwicklung unter Labor­bedingungen

Da die Sonne in Mitteleuropa selten und unregelmäßig scheint, ist für die Entwicklung von Produktions­verfahren solarer Treibstoffe eine künstliche Sonne das Mittel der Wahl. Bei den Synlight-Versuchen können Schlechtwetterperioden und schwankende Strahlungs­werte die Tests und ihre Auswertung nicht erschweren oder verzögern. Jülich bietet zudem mit seiner Infra­struktur, darunter auch der Solarturm Jülich und das wissen­schaft­liche Umfeld, ideale Bedingungen für innovative Entwicklungen in der Solar­technik. Eine Verlagerung von Forschungs­anlagen in sonnen­reichere Regionen verspricht lediglich auf den ersten Blick günstigere Bedingungen, da auch dort die Sonne niemals mit derselben Intensität scheint. Aber genau das ist wichtig für schnelle Inno­vations­zyklen: gleich­bleibende Test­bedingungen, die schnell und exakt reproduziert werden können.

In insgesamt drei Versuchs­kammern können bei Bedarf parallel Versuche durch­geführt werden. Durch den Reaktor fließt später Wasser, woraus sich durch die Energie des gebündelten Lichts Wasser­stoff gewinnen lässt. (Bild: DLR / M. Hauschild)

Den Wissenschaftlern am DLR-Institut für Solar­forschung ist die Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe von Solarstrahlung bereits vor Jahren geglückt, allerdings im Labormaßstab. Damit solche Prozesse für die Industrie interessant werden, muss der Maßstab deutlich vergrößert werden. Genau das ist das Ziel von Synlight. Im Fokus der Forschungs­arbeiten steht die solare Treibstoff­herstellung, doch die neue Anlage kann für eine Vielzahl weiterer Anwendungen eingesetzt werden. Da das Spektrum der UV-Strahlung dem der Sonne gleicht, können beispiels­weise auch Alterungs­prozesse von Materialien zeitlich gerafft dargestellt werden. Ein interessanter Aspekt, sowohl für die Raumfahrt, als auch für die Industrie.

„Synlight füllt eine Lücke in der Qualifizierung solar­thermischer Komponenten und Prozesse“, erklärt Dr. Kai Wieghardt, der den Aufbau der Anlage maßgeblich betreut hat. „Die neue künstliche Sonne steht zwischen den Anlagen im Laborm­aßstab, wie dem Hoch­leistungs­strahler im DLR in Köln und den groß­tech­nischen Anlagen wie dem Solarturm hier in Jülich.“

Für die Experimente stehen den Nutzern der Anlage drei Bestrahlungs­kammern zur Verfügung. Die notwendigen Lampen werden, je nach Bedarf, gebündelt, oder flächig auf den Testaufbau ausgerichtet. Mit den drei Kammern können mehrere Experimente zeitgleich vorbereitet und die Anlage optimal ausgelastet werden.

Das DLR-Institut für Solar­forschung errichtete die Forschungs­anlage in den vergangenen zwei Jahren in einem vom Technologiezentrum Jülich erstellten Gebäude und mietete es langfristig zum Betrieb von Synlight an. Das Land Nordrhein­westfalen unterstützte das Projekt mit 2,4 Millionen Euro, rund siebzig Prozent der Gesamt­summe von 3,5 Millionen Euro. Die Differenz von 1,1 Millionen Euro wurde vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie erbracht. (Quelle: DLR)

Link: Synlight, Institut für Solarforschung, Großanlagen und Solare Materialien (K. Wieghardt), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln

Weitere Beiträge: DLR nimmt neue Testanlage am Solarturm Jülich in Betrieb, energyviews.de, 21. Oktober 2013 

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