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Eine künstliche Sonne aus Xenonlampen
Eine künstliche Sonne aus Xenonlampen (Bild: DLR)

Der Teufel steckt im Detail

Die praktische Umsetzung ist deutlich schwieriger als die Theorie. So wird versucht, einen Zyklus mit Zink und Zinkoxid zu entwickeln. Aber wenn große Mengen Zinkoxid reduziert werden sollen, reagiert frei werdender Sauerstoff zu leicht wieder mit dem frisch entstandenen Zink. Außerdem findet die Reaktion nur an der Oberfläche des festen Zinkoxids statt, was die mögliche Reaktionsrate begrenzt.

Auch die hohen Reaktionstemperaturen von 2.000 Kelvin sind problematisch. Sie können zwar auf 1.750 Kelvin reduziert werden, wenn die Reaktion in einer Argon-Atmosphäre erfolgt. Aber dann muss das Argon wieder vom Sauerstoff abgetrennt und recycelt werden. Die nötigen Membranen jedoch würden dabei von kondensierendem Zink zugesetzt werden, das bei diesen Temperaturen einen nennenswerten Dampfdruck hat. Eine Studie schätzte die praktische Effizienz des Prozesses auf rund 20 Prozent.

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Cadmium ist effizienter, aber leider giftig

Ein anderer Prozess könnte die doppelten Werte erreichen, hat aber seine ganz eigenen Probleme. Das Metall ist Cadmium. Für den Prozess hat das Metall seine Vorteile, aber seine Giftigkeit macht den Umgang schwieriger. Wenn das Cadmium-Oxid bei etwa 1.750 Kelvin in seine Bestandteile zerlegt wird, verdampft auch das Cadmium und kann damit sehr leicht aus der Reaktionskammer entfernt werden. Außerhalb der Kammer soll es sofort mit viel kälterem, flüssigem Cadmium versetzt werden, um das gasförmige Cadmium zu kondensieren und vom Sauerstoff zu trennen.

Ganz abgesehen von der Giftigkeit des Cadmiums müssen dazu auch die nötigen Anlagen entwickelt werden, insbesondere die zur Kondensation des Cadmiums. Dazu kommt das Problem, dass selbst das flüssige Cadmium nach Abschalten der Anlage fest wird und Rohrleitungen verstopfen kann. Trotzdem bleibt der Prozess interessant, weil er sehr effizient und relativ einfach ist.

Die meisten vorgeschlagenen Prozesse kommen aber ohne derart giftige Bestandsteile aus. Dafür bestehen sie oft aus mehreren Reaktionsschritten, bei denen die theoretisch erreichbare Effizienz reduziert wird und jeder Reaktionsschritt eigene Probleme wie zu langsame Reaktionsgeschwindigkeiten oder ungewollte Nebenreaktionen mit sich bringt.

Energiesparende Elektrolyse

In einem Projekt namens Sol2Hy2 verfolgt das DLR auch einen hybriden Ansatz. Dabei wird Wasserstoff durch Elektrolyse mit einem Siebtel der sonst nötigen Energie gewonnen. Dazu wird das Wasser nicht direkt gespalten, sondern in einer Elektrolysezelle werden Schwefeldioxid und Wasser zur Reaktion gebracht. Dabei entsteht Schwefelsäure und Wasserstoff. Um den Kreislauf zu schließen, wird die Schwefelsäure danach im Sonnenofen in zwei Schritten wieder in Wasser, Sauerstoff und Schwefeldioxid gespalten. Daher stammt auch die Energie, die bei der Elektrolyse scheinbar eingespart wird. Bevor so ein Prozess aber betriebsbereit ist, müssen für jeden Teilschritt dieses Prozesses eigene Anlagen entwickelt und optimiert werden.

Das Problem bei der Herstellung von Wasserstoff mit Sonnenstrahlung war nie, die eine Reaktion zu finden, mit der das gelingen kann. In Forschungsprogrammen in den USA wurden schon für die Vorauswahl Hunderte bekannte Kombinationen chemischer Reaktionen untersucht,, von denen Dutzende in die nähere Auswahl kamen. Zur Entwicklung und Optimierung der besten Kandidaten ist viel Forschungsarbeit nötig. Eine Sonne, die nach Belieben ein und ausgeschaltet werden kann, wäre den Forschern dabei eine große Hilfe - und genau das haben sie nun mit Synlight.

 Synlight: Wie der Wasserstoff aus dem Sonnenlicht kommen soll

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David64Bit 28. Mär 2017

Ausnahmen bestätigen die Regel ;) Und ja - hab ich. Ist IMHO einfach die beste Variante...

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Eheran 27. Mär 2017

Das könnte sein, fällt mir erst jetzt auf. Tipp dazu: Das Vorzeichen kommt vor die...

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Eheran 27. Mär 2017

Darf ich dir also nicht widersprechen...? Wo ist denn das Problem damit, dass ich dir...

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ahoihoi 27. Mär 2017

Bei 2500 Kelvin wird man im Sonnenstudio dann auch brauner als braun.

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Reitgeist 26. Mär 2017

Linde beziffert die Verluste auf 17%. Wikipedia gibt zwar 12% an, allerdings muss man...

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