Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) hat mit Partnern einen Prozess entwickelt, um mit konzentrierter Solarstrahlung chemischer Grundstoffe zu produzieren. In dem EU-Vorhaben „FlowPhotoChem“ habe das DLR laut eigener Mitteilung eine Demonstrationsanlage aufgebaut und diese erfolgreich getestet.

Das DLR arbeitete dafür mit weiteren europäischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen. Bei dem im Projekt erprobten Verfahren lieferte konzentrierte Solarstrahlung einen Großteil der notwendigen Energie, um chemische Grundstoffe aus Wasser und Kohlenstoffdioxid herzustellen. Die konzentrierte Solarstrahlung ist bis zu mehrere 100 Mal so intensiv wie das normale Sonnenlicht. „Die Forschung zur solaren Produktion von chemischen Grundstoffen ermöglicht es, perspektivisch vollständig regenerative Verfahren für die großtechnische Herstellung dieser Chemikalien und chemischen Energieträger zu entwickeln“, sagte Michael Wullenkord vom DLR-Institut für Future Fuels. Er hat das Projekt von DLR-Seite federführend betreut.

Solare Verfahren könnten in Zukunft einen wichtigen Beitrag leisten, um die Branche klimaverträglicher zu machen und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu verringern. Der Fokus des Projekts FlowPhotoChem lag auf der Produktion von Ethylen. Es ist ein wichtiger Ausgangsstoff für Polyethylen (PE). Dieser Kunststoff kommt vor allem in Folien und Verpackungen zum Einsatz. Mengenmäßig ist er der am häufigsten eingesetzte Kunststoff weltweit.

Drei Reaktoren

Die Demonstrationsanlage bestehe im Kern aus drei miteinander verbundenen Modulen. In diesen sogenannten Reaktoren laufen unterschiedliche chemische Prozesse ab, um von den Ausgangsstoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid zum Zielprodukt Ethylen zu gelangen.

Im ersten Reaktor werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Dazu nutzt der Reaktor die Energie aus der konzentrierten Solarstrahlung. Der so produzierte Wasserstoff wird dann zusammen mit Kohlenstoffdioxid – aus der Luft oder aus Industrieprozessen – in das zweite Reaktormodul geleitet. Hier wird ebenfalls mit konzentrierter Solarstrahlung Kohlenstoffmonoxid erzeugt. Im dritten Reaktor wird das Kohlenstoffmonoxid mit elektrischer Energie – vorzugsweise aus Fotovoltaik-Anlagen – in Ethylen oder andere chemische Zielprodukte umgewandelt.

Das DLR-Institut für Future Fuels mit Standorten in Jülich und Köln habe für das Projekt ein betriebsfähiges Gesamtsystem entworfen, aufgebaut und getestet. „Knackpunkte waren dabei vor allem die Kombination der drei Reaktoren und ihre Integration ins Gesamtsystem“, beschreibt DLR-Wissenschaftler Wullenkord. Dazu hat sein Institut auch Modelle des Gesamtsystems entwickelt, damit alle Bausteine später möglichst effizient zusammenarbeiten.

Die Reaktoren selbst stammten von spezialisierten Projektpartnern: der erste Reaktor von der Firma SoHHytec, einer Ausgründung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). Den zweiten Reaktor habe die Polytechnische Universität Valencia (UPV) gebaut. Für den dritten Reaktor zeichnete das ungarische Unternehmen eChemicles mit Unterstützung der Universität Szeged (SZTE) verantwortlich.

Hohe Solarstrahlung ermöglichte industrielle Produktion

Der Aufbau und die Inbetriebnahme des Gesamtsystems erfolgte ferner im Hochleistungsstrahler des DLR in Köln. Dessen Xenon-Lampen lieferten die für den Betrieb des ersten und zweiten Reaktors notwendige konzentrierte – hier künstliche – Solarstrahlung. Auf diese Weise ließen sich die Versuche wetterunabhängig durchgeführen.

Ausreichend direkte Solarstrahlung zum Einsatz solcher Anlagen stehe im sogenannten Sonnengürtel der Welt zur Verfügung. Dazu zählen insbesondere Länder wie Spanien, Italien oder Griechenland, aber auch Australien, die USA sowie die Regionen Nordafrika und der Nahe Osten.

Quelle: DLR | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH