Parabolrinnenkollektor, einsetzbar zur Gewinnung von Strom und zur Erzeugung von Prozesswärme Stromerzeugung und Wärmequelle
Unter dem Eindruck der zweiten Ölkrise Mitte der Siebziger Jahre wurde das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) von der damaligen Bundesregierung mit einer Studie beauftragt. Ziel dieser Studie war es, die Nutzungsmöglichkeiten der solarthermischen Stromerzeugung zur Deckung des Energiebedarfs zu ermitteln. Es folgte ein Forschungsauftrag, der aus heutiger Sicht den Grundstein der Solarforschung im Institut für Technische Thermodynamik des DLR gelegt hat. Zunächst wurde nur die Nutzungsmöglichkeit der Sonne als Wärmequelle, die fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas, in konventionellen Kraftwerken ersetzen sollte, erforscht. Statt der herkömmlichen Brennstoffe sollte nun die Sonne, den für die Stromerzeugung in Turbinen erforderlichen überhitzten Wasserdampf bereitstellen. Diese Forschung ist bis heute das Kerngebiet der Solarforschung im DLR und hat bereits mehrere Generationen solarer Kraftwerkskomponenten hervorgebracht, die in amerikanischen und in Kürze auch in den ersten europäischen solarthermischen Kraftwerken eingesetzt werden.
Erzeugung von Niedertemperatur- und Hochtemperatur – Prozesswärme
Schon früh verfolgten die Wissenschaftler die Frage, ob sich die erforschten Techniken auch wirtschaftlich sinnvoll zur Erzeugung von Niedertemperatur-Prozesswärme anpassen lassen. Diese wird in so unterschiedlichen Bereichen wie Brauereien, Mälzereien, Molkereien u. a. Nahrungsindustrie, Textil-, Papier- Chemie-, Automobil-, Porenbeton-, Korkindustrie und Gerbereien benötigt. Ebenso wurden Verfahren mit solar erzeugter Hochtemperatur-Prozesswärme untersucht, z.B. beim Umschmelzen von Sekundäraluminium, Recycling von Schwefelsäure, Pyrolyse von Reststoffen, solarer Veredlung von Brennstoffen mit geringem Heizwert, Reformierung von Methan oder Spaltung von Wasser direkt oder indirekt in thermochemischen Kreisprozessen zur Erzeugung von Wasserstoff als regenerativem Energieträger.
Photochemische Synthese von Chemikalien und photochemische Reinigung von Abwasser
Auch wurden die in anderen Forschungsfeldern entwickelten modifizierten Solaranlagen erprobt, um die Sonne als Licht- bzw. Photonenquelle für die photochemische Synthese von Chemikalien oder die photochemische Reinigung von Abwasser einsetzen zu können.Hierbei standen zunächst das Sonnenlicht konzentrierende Anlagen im Vordergrund der Untersuchungen. Anders als bei der Erzeugung hoher Temperaturen, zeigte es sich, dass für die effiziente Durchführung photochemischer Prozesse keine starke Konzentrierung des Lichtes notwendig ist, weil nur eine begrenzte Anzahl Photonen pro Zeit und bestrahlter Fläche effizient reagiert. Im Gegensatz hierzu, muss bei der thermischen Nutzung der Photonen stets der mit steigender Temperatur wachsende Wärmeverlust durch immer stärker konzentrierte Solarstrahlung ausgeglichen werden, will man die Reaktionstemperatur einer thermochemischen Reaktion, wie etwa der Spaltung von Schwefelsäure, erreichen. Allerdings nimmt auch die Geschwindigkeit einer photochemischen Reaktion bis zu einem Grenzwert zu, wenn durch Lichtkonzentrierung mehr Photonen pro Zeit eine Reaktion auslösen. Unter Einbezug dieser Überlegungen entstanden mehrere Generationen von mittel- und nichtkonzentrierenden Solarsystemen, die bis in die Größe von Demonstrationsanlagen entwickelt wurden. Solche Solaranlagen haben Flächen von über 100 Quadratmetern. Dabei erkannte und löste man nicht nur technische Probleme, sondern entwickelte auch besonders die chemische Seite dieser Forschung weiter. So konnten neben der Technik auch die Betriebsbedingungen und die verwendeten lichtabsorbierenden Photokatalysatoren optimiert und damit auch die Kosten für solar-photochemische Verfahren verringert werden.
Neben der Erforschung solar-photochemischer Verfahren zur Wasserreinigung wird die solarthermische Erzeugung von Strom im Mittelpunkt unserer Forschungsaktivitäten stehen. Ein weiterer bedeutender Schwerpunkt unserer Forschung wird auf der Erzeugung von Prozesswärme sowie alternativen Energieträgern wie Wasserstoff für die industrielle Anwendung liegen.