{"id":41869,"date":"2015-10-19T02:40:00","date_gmt":"2015-10-19T00:40:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/wissenschaft\/synthesegas-aus-solar-elektrolyse.html"},"modified":"2015-10-19T02:40:00","modified_gmt":"2015-10-19T00:40:00","slug":"synthesegas-aus-solar-elektrolyse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/synthesegas-aus-solar-elektrolyse\/","title":{"rendered":"Synthesegas aus Solar-Elektrolyse"},"content":{"rendered":"
Synthesegas ist wichtig für die chemische Industrie und für die Gewinnung von Treibstoffen. Wird es aus der Vergasung von Kohle gewonnen, werden große Mengen an Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Wissenschaftler haben nun eine Methode zur Herstellung entwickelt, die weitaus klimafreundlicher ist.<\/p>\n
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Wissenschaftler der George Washington University haben ein Elektrolyse-Verfahren entwickelt, mit dem sich umweltfreundlich mithilfe von Sonnenenergie Synthesegas herstellen lässt. Dazu koppeln die Chemiker zwei Elekrolyse-Prozesse: im ersten werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten und im zweiten Kohlenstoffdioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Angetrieben wird die Reaktion von elektrischem Strom, der mit einer Konzentrator-Solarzelle hergestellt wird, sowie durch Wärmeeinstrahlung des Sonnenlichts.<\/p>\n
Das Team, bestehend aus Fang-Fang Li, Jason Lau und Stuart Licht, überlegte, wie ein guter Wirkungsgrad erreicht werden könnte – und entschied sich für den Einsatz von geschmolzenen Salzen anstelle von Wasser und Kohlenstoffdioxid in Reinform. Das Experiment: Im ersten Elektrolyse-Schritt erhitzten sie Lithiumkarbonat auf 950 Grad und ließen durch zwei Elektroden einen Strom mit einer Spannung von 1,25 Volt fließen. Dabei wurden Kohlenmonoxid und Sauerstoff freigesetzt. Zurück blieb Lithiumoxid, welches das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid aufnehmen und so zu Lithiumkarbonat regenerieren konnte. Die zweite Elektrolyse-Kammer füllten die Wissenschaftler mit einer Mischung aus Lithiumhydroxid und Natriumhydroxid. Erwärmt auf 300 Grad Celsius, setzte bei einer Spannung von 1,42 Volt die Elektrolyse ein, wobei Wasserstoff und Sauerstoff entstanden.<\/p>\n
Das starke Erhitzen ist notwendig, um die Elektrolyse mit dem Strom aus der Solarzelle betreiben zu können. Bei niedrigeren Temperaturen wäre die Spannung von insgesamt 2,67 Volt für die elektrolytische Spaltung in den in Reihe geschalteten Kammern zu gering. Mit 38 Prozent Wirkungsgrad ist die Umwandlung von Sonnenlicht sehr effizient. Dennoch hat das Forscherteam zusätzlich die infraroten Anteile im Sonnenlicht genutzt, um auch Wärme für das Aufheizen der Lithiumsalze zur Verfügung zu stellen.<\/p>\n
Kleines Manko: Bei ihrem Experiment mussten Licht und seine Kollegen bislang zusätzlich elektrisch heizen, um die benötigten heißen Temperaturen von bis zu 950 Grad zu erhalten. Aus diesem Grund bietet das Verfahren noch Optimierungspotenzial, um wirtschaftlicher zu werden. Dennoch könnte die Prozesswärme in zukünftigen Elektrolyse-Verfahren in Solarturmkraftwerken klimaneutral gewonnen werden. Ein interessantes Kraftwerk befindet sich beispielsweise im Forschungszentrum in Jülich: An dem Solarturm ließ sich ein Receiver aus porösem Siliziumkarbid durch gebündeltes Sonnenlicht, von über 2.000 Spiegeln auf den Solarturm reflektiert, bereits auf bis zu 1.000 Grad erhitzen.<\/p>\n
Die Wissenschaftler der George Washington University forschen zudem an weiteren Projekten, die zum Klimaschutz beitragen sollen. So haben sie auch eine Methode entwickelt, mit der sie atmosphärisches Kohlenstoffdioxid in eine Faser umzuwandeln. Daraus wiederum lassen sich industrielle Produkte herstellen. Der ganze Prozess ist hocheffizient und benötigt nur wenige Volt an Elektrizität, Sonnenlicht und viel Kohlenstoffdioxid. Letzteres wird in einem elektrolytischen Bad aus geschmolzenen Carbonaten bei 750 Grad Celsius aufgespalten. Luft wird einer Elektrolysezelle zugefügt. Hier zerfließt das Kohlenstoffdioxid, sobald es unter Hitze gerät. In der Lösung befinden sich zwei Elektroden aus Nickel und Stahl mit Stromfluss. Die Fasern sammeln sich an der Stahlelektrode. Dort können sie entnommen werden. Ein hocheffizientes Solarsystem treibt den Prozess an.<\/p>\n
„Diese Nanofasern lassen sich zu Kohlefaser-Verbundwerkstoffen verarbeiten, wie sie etwa für die Herstellung einer Boeing Dreamliner, vieler Sportartikel und Rotorblätter von Windkraftanlagen gebraucht werden“, so Stuart Licht, der dieses Projekt leitet. Er schätzt, dass sich die Energiekosten auf rund 1.000 US-Dollar pro hergestellte Tonne eines Verbundwerkstoff-Produkts belaufen – was bedeutet, dass die Kosten des Prozessbetriebs hundertmal günstiger sind als der Wert des Produkt-Outputs. „Wir gehen davon aus, dass der Prozess – mit einem Gebiet der Größe von weniger als zehn Prozent der Sahara – ausreichend Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre binden könnte, um den Gehalt in der Luft innerhalb von zehn Jahren auf ein vorindustrielles Level zu senken“, erklärt er.<\/p>\n