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Erneuerbare Energien : Temperatursprung ins Wasserstoff-Zeitalter

Solarturm-Kraftwerk „Gemasolar“ in in Fuentes de Andalucia. Bild: REUTERS

Wie lässt sich der Energieträger Wasserstoff in großen Mengen, günstig und umweltschonend gewinnen. Amerikanische Forscher haben die Antwort: Mit gebündeltem Sonnenlicht aus Wasserdampf.

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          Wasserstoff umweltschonend mit Windkraft oder Sonnenenergie zu erzeugen ist die Vision vieler Umweltschützer und Energieexperten. Damit hätte man einen unbegrenzt verfügbaren Energieträger an der Hand, der sich umweltschonend erzeugen lässt und schadstofffrei verbrennt. Doch noch immer stammt Wasserstoff zum überwiegenden Teil aus fossilen Quellen. Die Elektrolyse erfordert noch zu viel Energie und benötigt teure Edelmetalle als Katalysatoren. Auch die Photokatalyse, die direkte Spaltung von Wasser mit Sonnenenergie, steckt noch in den Kinderschuhen und hat mit  ähnlichen Schwierigkeiten zu kämpfen zu wie die Elektrolyse.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Wasserstoffgas aus dem Solarturm

          Ein  elegantes Verfahrens, mit dem sich der saubere Energieträger in großen Mengen vergleichsweise günstig und unter Nutzung von Sonnenlicht gewinnen lässt, haben jetzt Forscher von der University of Colorado in Boulder vorgelegt. Sie wollen Wasserstoff auf direktem Weg großtechnisch in Solarturm-Kraftwerken herstellen (“Science“, Bd. 341, S. 540). In solchen Anlagen, wie sie etwa in Spanien stehen, wird das Sonnenlicht mit Spiegeln auf Solartürme gelenkt. Dort erhitzt die stark gebündelte Strahlung in einem Absorber zirkulierendes Wasser. Üblicherweise werden mit dem Dampf Turbinen angetrieben, die über Generatoren Strom erzeugen. Alan Weimer und seine Kollegen verwenden dagegen den Dampf zur Wasserstoffproduktion.

          Oxidation spaltet Wasserdampf

          Die Forscher  nutzen aus, dass sich bestimmte Metalloxidverbindungen bei hohen Temperaturen spontan zersetzen. Ohne dass Zusatzstoffe notwendig sind, spaltet das Metalloxid Sauerstoff ab. Die in einen Solarturm gebündelte Hitze der Sonnenstrahlung wäre groß genug, die spontane Reduktion ablaufen zu lassen. Bei der Reaktion  entsteht aus dem ursprüngliche Metalloxid eine sauerstoffärmere Verbindung, die dazu neigt, Sauerstoffatome aus seiner Umgebung etwa aus Wasserdampf an sich zu ziehen. Wird dem Wasser nun der Sauerstoff entzogen, entsteht Wasserstoffgas, das man abschöpfen kann. Da sich im Gegenzug wieder das ursprüngliche Metalloxid bildet, kann der Prozess von neuem beginnen.

          Ein  Reaktor für zwei Reaktionen

          Die Idee ist nicht neu. Weimer und seine Kollegen haben nun aber einen Weg gefunden, die Reduktion und die Oxidation in einem Behälter bei ein und derselben Temperatur ablaufen zu lassen. Bislang musste man beide Prozesse trennen, da sie unterschiedlich große Hitze benötigten. Die Reduktion des Metalloxids lief bei deutlich höheren Temperaturen ab, als die Oxidation.  Jetzt müsse man „nur den Hahn für den Wasserdampf öffnen“, berichtet Weimer. Möglich war der Fortschritt durch ein spezielles Design des Reaktionsraums und die Verwendung eines besonderen Metalloxids - eine Verbindung aus Eisen, Aluminium, Kobalt und Sauerstoff. Das Metalloxid zersetzt sich bereits bei moderaten 1350 Grad. Bei dieser Temperatur wird auch der Wasserdampf in Sauerstoff und Wasserstoff spaltet.

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