04.12.2017
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Concentrated Solar Power (CSP)

DLR präsentiert solaren Wasserstoffreaktor

Das DLR hat zusammen mit Projektpartnern ein neues System zur direkten Produktion von Wasserstoff mit Sonnenenergie präsentiert. Die Anlage besteht aus einem Redoxreaktor, der von einer CSP-Anlage betrieben wird. Bisher steht die Technologie noch am Anfang.

 - In diesem Reaktor wird der Wasserstoff hergestellt.
In diesem Reaktor wird der Wasserstoff hergestellt.
DLR

Das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) hat eine Anlage zur direkten Produktion von Wasserstoff mit Sonnenenergie in Betrieb genommen. Das Herz der Anlage ist ein Reaktor, in dem Wasser mittels einer thermochemischen Redoxreaktion in seine Bestandteile aufgespaltet wird.

Die benötigte Wärme für die Reaktion liefert ein konzentrierendes solarthermisches Kraftwerk (CSP). Eine Vielzahl von Spiegeln konzentriert das Sonnenlicht auf einen Brennpunkt, wo es Wasser auf eine Temperatur von etwa 1.400 Grad Celsius erhitzt. Der heiße Wasserdampf heizt die Redoxmaterialien wie Nickelferrit und Ceroxid im Reaktor auf und setzt damit die Reaktion zur Wasserspaltung in Gang. Durch die hohen Temperaturen werden die Materialien chemisch reduziert. Sauerstoffmoleküle werden freigesetzt und aus dem Reaktor transportiert.

Ein Kilogramm Wasserstoff pro Woche

Die eigentliche Wasserspaltung läuft in einem zweiten Schritt bei einer Temperatur von 800 bis 1.000 Grad Celsius ab. Der Wasserdampf durchströmt den Reaktor mit den reduzierten Materialien. Diese nehmen den Sauerstoff des Wassers auf und oxidieren wieder. Zurück bleibt der frei gewordene Wasserstoff, der aus der Anlage abtransportiert wird. Wenn das Material komplett oxidiert ist, beginnt der komplette Zyklus mit der Reduktion der Reaktormaterialien wieder von vorn.

Bisher ist die Anlage aber noch nicht leistungsfähig genug, um Wasserstoff in größeren Mengen herstellen zu können. Das jetzige System leistet immerhin schon mal 750 Kilowatt. Doch sind die Projektpartner, die das gesamte System in Südspanien aufgebaut haben, damit in der Lage, ein Kilogramm Wasserstoff pro Woche herzustellen, wie Martin Roeb, Projektleiter am DLR-Institut für Solarforschung erklärt. Damit könne ein Brennstoffzellenautor etwa 100 Kilometer weit fahren. „Mit dem Kraftwerk haben wir erstmalig eine Anlage entworfen, die den vollständigen Prozess, von der Erzeugung über die Abtrennung von hochreinem Wasserstoff bis hin zur Speicherung, umfasst”, beschreibt Roeb die Bedeutung des jetzt fertiggestellten Projekts.

 - Der verbesserte Reaktor erhöht die Produktion des Wasserstoffs und steigert damit den Wirkungsgrad der gesamten Anlage.
Der verbesserte Reaktor erhöht die Produktion des Wasserstoffs und steigert damit den Wirkungsgrad der gesamten Anlage.
DLR

Effizienz erhöht

Doch die Anlage ist auch erst ein Test- und Demonstrationsprojekt, um zu zeigen, dass das System tatsächlich funktioniert. Im Vergleich zu einer schon vor längerer Zeit errichteten Forschungsanlage haben die Wissenschaftler schon einige Verbesserungen vorgenommen. So werden die Sonnenstrahlen in der neuen Anlage ein zweites Mal gebündelt, um die Energie weiter zu konzentrieren und die hohen Temperaturen, die im Reaktor benötigt werden, zu erreichen. Zudem sinken dadurch die Wärmeverluste, was den Wirkungsgrad der Anlage steigen lässt. Außerdem haben die Forscher neue Keramikschäume eingesetzt, um die Ausbeute und die Haltbarkeit des erzeugten Wasserstoffs zu erhöhen. Die Wissenschaftler erwarten, dass sie in Zukunft im Testbetrieb die Herstellung von Wasserstoff auf etwa drei Kilogramm pro Woche steigern können.

Marktreife in zehn Jahren erwartet

Mit der Marktreife solcher Anlagen und deren kommerziellen Anwendung rechnen die Forscher aber erst in einigen Jahren. „Erste Anwendungen können Insellösungen sein, wenn zum Beispiel kein Anschluss an das Elektrizitätsnetz besteht”, sagt Roeb. „Dann lohnt sich unser Herstellungsverfahren eventuell bereits ab einer Wasserstoffproduktion von zehn Kilogramm pro Woche. Je nachdem, wie schnell die Entwicklung voranschreitet, kann das Verfahren aber in zehn Jahren bereits zur industriellen Erzeugung von Wasserstoff dienen”, prognostiziert Roeb. Ob sich solche Lösungen gegen einen mit Photovoltaikstrom betriebenen Elektrolyseur durchsetzen können, wird sich dann zeigen. (Sven Ullrich)

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