Sonne auf Knopfdruck
Das DLR-Institut für Solarforschung startete den Betrieb des Hochleistungsstrahlers Synlight, einer bisher in der Welt einmaligen Anlage. Die Rede ist von 149 Lampen, die mit der 10.000-fachen Strahlkraft der Sonne scheinen und Temperaturen von 3000 Grad Celsius erzeugen.
Beitrag zur Energiewende
NRW-Umweltminister Johannes Remmel betonte bei der Inbetriebnahme 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 20 mal 20 Zentimeter fokussieren. Trifft die Strahlung der Lampen mit einer Leistung von bis zu 350 Kilowatt dort auf, hat sie die bis zu 10.000 fache Intensität der Solarstrahlung auf der Erde. Im Fokus der Lampen entstehen Temperaturen bis zu 3.000 Grad Celsius. 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.“
Anwendungsmöglichkeiten und technische Kennzahlen
Der Schwerpunkt in den nächsten Jahren wird auf der Entwicklung von Herstellverfahren für solare Treibstoffe liegen. Aber auch Forscher und Industrieunternehmen der solarthermischen Kraftwerksbranche oder aus der Luft- und Raumfahrt werden in Synlight ideale Bedingungen für Tests an Komponenten realer Größe vorfinden.
Synlights neuartiges modulares Design wird maßgeblich von den 149 individuell regelbaren Xenon-Kurzbogenlampen bestimmt. Diese ermöglichen solare Strahlungsleistungen von ein Mal bis zu 380 Kilowatt und zwei Mal bis zu 240 Kilowatt in drei separat nutzbaren Bestrahlungskammern, in denen eine maximale Flussdichte von über elf Megawatt pro Quadratmeter erreicht werden kann.
Zwei dieser drei Kammern wurden speziell für solarchemische Anwendungen konzipiert und bieten direkten Zugang zu Gaswaschanlagen und Neutralisatoren, um die Prozessqualifizierung für die solare Brennstoffproduktion zu ermöglichen. Die Shutter-Größen von vier Metern Weite und Höhe sowie Raumhöhen von fünf Metern bieten die Möglichkeit, große Elemente zu bestrahlen – etwa Raumfahrtkomponenten. Eine grundlegende Besonderheit von SynLight ist seine Multi-Fokus-Fähigkeit, die es möglich macht, einen Teil der solaren Strahlung entweder für eine große Applikation oder für mehrere kleine Untersuchungselemente zu nutzen.
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.
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.
Die Aprilausgabe des DLRmagazins 153 (pdf)
