DLR-Projekt Hydrosol-Plant Wasserstoff aus Sonnenstrahlen gewinnen

Wasserstoff hat das Potenzial, den Anteil der erneuerbaren Energien besonders im Verkehrssektor zu erhöhen. Noch gibt es relativ weniger Wasserstofffahrzeuge auf der Straße, wie etwa den Toyota Mirai, zu sehen.
Wasserstoff hat das Potenzial, den Anteil der erneuerbaren Energien besonders im Verkehrssektor zu erhöhen. Noch gibt es relativ weniger Wasserstofffahrzeuge auf der Straße, wie etwa den Toyota Mirai, zu sehen.

Im Verkehrssektor können Wasserstoffantriebe erheblich zum Klimaschutz beitragen. Das Forschungsprojekt Hydrasol-Plant des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu einer effizienten Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenenergie.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stellte Ende November 2017 gemeinsam mit seinen Projektpartnern, Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT, Spain), HyGear (Netherlands), Hellenic Petroleum (HELPE, Greece) und Aerosol and Particle Technology Laboratory (APTL, Greece) die bislang größte solarchemische Anlage zur Produktion von Wasserstoff vor. Diese Anlage soll in den kommenden Monaten auf der Plataforma Solar in Almería (PSA) im Süden Spaniens im Testbetrieb Wasserstoff herstellen und die Eignung der Materialien untersuchen.

In dem Projekt Hydrosol-Plant haben Wissenschaftler und Industrieunternehmen gemeinsam das Verfahren der direkten Wasserstoffherstellung durch Sonnenstrahlung weiterentwickelt. Mit den verbesserten Materialen und einem neuen Aufbau des Reaktors war es möglich, die Versuchsanlage mit einer Leistung von 750 kW aufzubauen. Sie ist damit deutlich leistungsstärker als die vorherige Entwicklungsstufe, die über eine Leistung von 100 kW verfügte.

Die Wasserstoffherstellung erfolgt direkt mit der Wärmeenergie der Sonne durch eine thermochemische Redox-Reaktion. Dabei wird das Licht der Sonne durch eine Vielzahl von Spiegeln auf einen Brennpunkt konzentriert in dem sehr hohe Temperaturen entstehen. Mit der so erzeugten Wärme kann Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten werden. Im ersten Teil des Verfahrens heizt die Sonne Redox-Materialien wie Nickel-Ferrit oder Ceroxid im Innern eines Reaktors auf 1.400 °C. Bei diesen Temperaturen wird das Material chemisch reduziert, das heißt Sauerstoffmoleküle werden freigesetzt und aus dem Reaktor hinaus transportiert.

Im zweiten Schritt, der bei 800 bis 1.000 °C abläuft, erfolgt die eigentliche Wasserspaltung. Dabei lassen die Forscher Wasserdampf durch den Reaktor strömen, das reduzierte Material nimmt den Sauerstoff des Wassers auf – es wird chemisch oxidiert. Der Sauerstoff verbleibt im Reaktor, während der Energieträger Wasserstoff herausströmt. Ist das Material komplett oxidiert, wird es durch den ersten Prozessschritt wieder regeneriert und der Zyklus beginnt von neuem. Mit der Marktreife und der kommerziellen Anwendung des Verfahrens rechnen Forscher allerdings erst in einigen Jahren.

Koordiniert vom griechischen Forschungsinstitut Aerosol and Particle Technology Laboratory (CERTH-CPERI-APTL) arbeiten in dem internationalen Projekt das DLR, das spanische Forschungsinstitut Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), das niederländische Unternehmen HyGear und das griechische Energieversorgungsunternehmen Hellenic Petroleum zusammen. Das DLR-Institut für Solarforschung ist dabei maßgeblich für die Entwicklung des Solarreaktors, das Anlagen-Lay-out und die Mess- und Regeltechnik verantwortlich. Das Projekt wurde der europäischen Technologieinitiative für Brennstoffzellen und Wasserstoff Initiative (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, FCH 2 JU) gefördert.