Solartechnik: Wasserstoff ohne Umwege gewinnen

Noch werden die meisten Autos mit fossilen Brennstoffen wie Benzin und Diesel betrieben. Als Treibstoff der Zukunft gilt jedoch das Gas Wasserstoff. Es kann in Brennstoffzellen zu Strom umgewandelt werden, der wiederum einen Elektromotor antreibt. So umgeht man das Problem bisheriger Elektroautos: Sie müssen schwere Batterien mit sich herumschleppen und haben dennoch nur eine begrenzte Reichweite. Alternativ kann Wasserstoff auch in einem umgerüsteten Benzinmotor statt herkömmlichen Sprits verbrannt werden.

Doch bevor das Wasserstoff-Zeitalter beginnen kann, muss ein Verfahren entwickelt werden, mit dem das Gas in großen Mengen hergestellt werden kann. Naheliegend erscheint es, mit Strom aus klimafreundlichen Energiequellen flüssiges Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Weil bei der Stromerzeugung und bei der Wasserstoffherstellung jedes Mal Energie verloren geht, wäre es aber besser, das Gas in einem einzigen Schritt zu gewinnen.

Daran arbeiten unter anderem Forscher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Im EU-Projekt „Hydrosol“ gelang es ihnen bereits, Wasserstoff direkt mithilfe von Sonnenlicht zu erzeugen. Für ihre Tests nutzen sie unter anderem das Solarturmkraftwerk im spanischen Almería. Dort konzentrieren einzelne Spiegel, die im Halbrund auf dem Boden angeordnet sind, die Sonnenstrahlen auf einen „Solarabsorber“ in einem Turm. Das ist vereinfacht gesagt eine Keramik mit vielen Poren, in denen die konzentrierten Sonnenstrahlen Wasserdampf erhitzen. Dieser treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt.

Um Wasserstoff zu gewinnen, beschichteten die DLR-Forscher die Keramik mit Eisenoxid. Heizen die konzentrierten Solarstrahlen diesen Solarabsorber auf 1200 Grad Celsius, gibt die Beschichtung einen Teil des enthaltenen Sauerstoffs ab. Anschließend leiten die Wissenschaftler kühleren Wasserdampf durch die Keramik. Dabei holt sich die Beschichtung den fehlenden Sauerstoff aus dem Wasser zurück. Der erwünschte Wasserstoff bleibt übrig und strömt aus dem Reaktor.

Derzeit untersuchen die Wissenschaftler, unter welchen Bedingungen die Wasserstoffherstellung am besten funktioniert. „Je höher die Temperatur in der beschichteten Porenkeramik, umso mehr Wasserstoff liefert die Anlage“, sagt die DLR-Forscherin Martina Neises. Im Prinzip lassen sich höhere Temperaturen durch stärkere Konzentration der Sonnenstrahlen erreichen. Doch je höher die Temperatur ist, umso schneller wird die Beschichtung der Eisenoxide zerstört, die den ganzen Prozess erst ermöglicht.

Eine Lösung könnte Zinkoxid sein, sagt Neises. In Experimenten zeigte sich: Wird dieser Stoff dem Eisenoxid beigemischt, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit, und man erhält bei der gleichen Temperatur mehr Wasserstoff als mit Eisenoxid allein. Nun suchen die Forscher nach dem optimalen Mischungsverhältnis. Im nächsten Jahr, hoffen sie, steht die Rezeptur für den Wasserstoffreaktor fest. Roland Knauer