Quelle: http://clui.org/ludb/site/shell-deer-park; Álvaro C.E. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PS10_desde_PS20.jpg; Fotomontage DLR/Knost
Sonnenenergie, die größte Energieressource unseres Planeten, birgt ein enormes Potential für die Herstellung von Brennstoffen, wie zum Beispiel Wasserstoff. Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in Brennstoffe – also ohne den Umweg über Strom – ist Gegenstand der aktuellen Forschung. Wenn es gelingt, Prozesse zur Herstellung von großen Mengen solarer Brennstoffe zu entwickeln, könnten diese den steigenden Energiebedarf der kommenden Generationen decken, ohne die Atmosphäre mit schädlichem CO2 zu belasten.
Im Institut für Solarforschung erforschen Wissenschaftler der Abteilung Solare Verfahrenstechnik eben diese Prozesse.
Zur Herstellung von Wasserstoff oder Synthesegas werden zwei Arten von Solarstrahlung verwendet. Zum einen hochkonzentrierte Strahlung, um Wasser und Kohlendioxid in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Sauerstoff zu spalten. Dies passiert bei Temperaturen zwischen 800 und 1.500°C in sogenannten thermochemischen Prozessen. Zum anderen die einzelnen Photonen der Solarstrahlung, um mit Hilfe der Lichtenergie photo(elektro)chemische Reaktionen anzuregen, die ebenfalls Wasser und Kohlendioxid spalten. Um die Reaktionsgeschwindigkeit, beziehungsweise die Reaktionsbedingungen, zu verbessern, kann zusätzliche Energie durch elektrischen Strom zugeführt werden. Diese Reaktionen finden bei Temperaturen unter 100°C statt.
Wasserstoff kann durch Brennstoffzellen in Strom für stationäre sowie mobile Anwendungen umgewandelt werden und ist außerdem einer der wichtigsten Grundstoffe für die chemische Industrie. So kann er als Synthesegas zusammen mit Kohlenmonoxid, zum Beispiel über das Fischer-Tropsch-Verfahren, in flüssige Brennstoffe umgewandelt werden. Auf diesem Weg kann dann zum Beispiel Kerosin CO2-neutral für einen nachhaltigen Luftverkehr hergestellt werden. Erneuerbar produzierter Wasserstoff kann aber auch, etwa über das Haber-Bosch-Verfahren, mit Stickstoff aus der Luft zu Dünger umgesetzt werden und dadurch konventionell aus Erdgas erzeugten Dünger ersetzen.
Wissenschaftler des DLR – und anderer internationaler Forschungseinrichtungen - arbeiten an den Grundlagen für die oben beschriebenen Technologien. Bis diese marktreif sind, werden aber noch einige Jahre intensiver Forschung nötig sein. Um die Einführung von solaren Brennstoffen zu beschleunigen, sind Übergangstechnologien wichtig, die etablierte Verfahren wie die Reformierung von Erdgas und die Erzeugung der notwendigen Wärme über solarthermische Anlagen – hier Solartürme – kombinieren. Auch so kann der Konsum fossiler Energieträger bei der Reformierung in Brennstoffe signifikant gesenkt werden. Die Einbindung solarer Energie in die Wertschöpfungskette von Brennstoffen wird das Risiko für die Markteinführung der oben beschriebenen thermochemischen und photochemischen Wasser- und CO2-Spaltungs-Verfahren senken. Die gewonnenen Erfahrungen und Gewinne können dann in die innovativeren Prozesse investiert werden. So entwickeln wir die solare Erdgasreformierung als Prozess für eine möglichst schnelle Markteinführung weiter.
Unsere Vision ist die Integration von solarthermischen Anlagen in große chemische Anlagen, sogenannten Chemieparks, wie es in der Fotomontage oben angedeutet wird.