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Mit Hilfe der künstlichen Sonne wollen die Forscher Wasserstoff herstellen ohne den Umweg der Elektrolyse. Dabei erhitzen die Lampen Metall auf 800 Grad. Anschließend wird es mit Wasserdampf bespritzt. Das Metall reagiert mit dem Sauerstoff - Wasserstoff bleibt übrig. Wird das Metall erneut erhitzt, trennt sich der Sauerstoff davon. Der dafür verwendete Reaktor ist im Bild rechts zu sehen.
© Anna Durst, BINE Informationsdienst
Weltgrößer Hochleistungsstrahler Synlight
27.03.2017

Gemeinsam aktiv für die Solarforschung (v. l.): Axel Fuchs, Bürgermeister der Stadt Jülich, Professor Dr. Bernhard Hoffschmidt, Leiter des DLR-Instituts für Solarforschung, Dr. Georg Menzen, Leiter des Referats für Energieforschung im BMWi, Johannes Remmel, NRW-Umweltminister, Professor Dr. Karsten Lemmer, Vorstand Energie und Verkehr des DLR, Dr. Kai Wieghardt, Synlight-Projektleiter und Carlo Aretz, Geschäftsführer des Technologiezentrums Jülich.
© DLR (CC-BY 3.0)

Beim offiziellen Start fokussierten 30 der 149 Hochleistungsstrahler ihr Licht auf eine zwei Zentimeter dicke Aluminiumplatte. Innerhalb von knapp zwei Minuten brachte das gebündelte, elektrische Licht die Platte zum Schmelzen und brannte ein Loch in das Metall.
© Anna Durst, BINE Informationsdienst

Jeder einzelne Reflektor hat einen Durchmesser von einem Meter.
© Anna Durst, BINE Informationsdienst

Per Mausklick scheint die Sonne

Synlight heißt die weltweit größte, künstliche Sonne in Jülich bei Aachen. Ihr gebündeltes Licht ist 10.000 Mal stärker als die Sonne. Mit dieser Energie wollen Forscher künftig solarthermische Komponenten testen, um Wasserstoff direkt herzustellen – ohne den Umweg der Elektrolyse. Vergangene Woche startete die Forschungsanlage offiziell ihren Betrieb.

Unter freiem Himmel herrschen nie die gleichen Strahlungsverhältnisse, die Forscher brauchen, um ihre Versuche reproduzierbar zu machen. Mit der künstlichen, strombetriebenen Sonne können die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) künftig experimentieren – unabhängig von Wetterbedingungen und Jahreszeiten. Die Kunst-Sonne sorgt für die immer gleichen, fest definierten Strahlungsbedingungen.

Im Synlight ist die indirekte Strahlung von den Wänden so intensiv, dass ein Mensch es nur eine Sekunde aushalten würde. Daher lässt sich die Anlage nicht starten, solange nicht alle Sicherheitstüren verschlossen sind. Während des Betriebs ist sie komplett abgeriegelt. Sind alle Reflektoren auf einen Punkt ausgerichtet, können bis zu 3.500 Grad Celsius erreicht werden. Jeder Reflektor hat einen Durchmesser von einem Meter. Die 149 Xenon-Kurzbogenlampen sind in einer 15 Meter hohen Stahlkonstruktion in Form eines Parabolspiegels angeordnet montiert. Jeder Reflektor lässt sich variabel einstellen, sodass das Licht entweder auf einen Punkt fokussiert wird oder über eine größere Fläche verteilt auftrifft. Jeder Xenon-Strahler hat die Lichtleistung eines Großkino-Projektors. „Diese Lampen sind der Sonne am ähnlichsten“, sagt Synlight-Projektleiter Dr. Kai Wieghardt vom DLR.

Die Forschungsanlage wurde am vergangenen Donnerstag, 23. März 2017 offiziell eingeweiht. Beim Start fokussierten 30 der 149 Hochleistungsstrahler ihr Licht auf eine zwei Zentimeter dicke Aluminiumplatte. Innerhalb von knapp zwei Minuten brachte das gebündelte Licht die Platte zum Schmelzen und brannte ein Loch in das Metall.

Größter Sonnensimulator für verschiedene Zwecke nutzbar

Die neue Forschungsanlage Synlight ist die größte künstliche Sonne der Welt. Das sind ideale Testmöglichkeiten für Komponenten und um neue oder verbesserte Verfahren für solarthermische Kraftwerke, die solare Chemie und die Raumfahrt zu entwickeln. Da das Spektrum der UV-Strahlung dem der Sonne gleicht, lässt sich auch die Alterung von Materialien im Zeitraffer testen.
Der Hochleistungsstrahler wurde in einem eigens dafür errichteten Gebäude des Technologiezentrums Jülich in Sichtweite des Solarturms Jülich gebaut. Bereits 2015 begannen die Bauarbeiten. Alle Strahler sind auf drei Testkammern fokussierbar. Zwei dieser drei Kammern sind speziell für die Anforderungen der solar-chemischen Verfahrensentwicklung zugeschnitten. Hier soll es einen direkten Zugang zu Abgaswäschern und Neutralisatoren geben – eine notwendige Voraussetzung bei Tests von Prozessen von solaren Treibstoffen.

Wasserstoff ohne Umwege herstellen

Wasserstoff kommt auf der Erde nur als chemische Verbindung vor. Mit der künstlichen Sonne soll das nun in einem direkten, chemischen Prozess abgespalten werden können. Üblicherweise wird Wasserstoff über den Umweg der Elektrolyse gewonnen. Dabei muss beispielsweise Sonnen- oder Windenergie in Strom umgewandelt werden. Im Synlight erhitzen die Lampen ein Metall auf 800 Grad. Danach wird es mit Wasserdampf bespritzt; es reagiert mit dem Sauerstoff und Wasserstoff bleibt übrig. Wird das Metall erneut erhitzt, trennt sich der Sauerstoff davon. Die Forscher wollen mit Laborversuchen klären, welches Metall sich am besten für die Herstellung von Wasserstoff eignet.

Zehn Mal größer als im Labormaßstab

Den DLR-Wissenschaftlern glückte bereits vor Jahren die Herstellung von Wasserstoff – allerdings nur im Labormaßstab mit einer Leistung von etwa 20 Kilowatt. Für die Industrie musste der Maßstab deutlich größer sein. Synlight hat mit rund 350 Kilowatt etwa die zehnfache Leistung bisheriger Laboranlagen. Projektleiter Wieghardt ergänzt: „Die neue künstliche Sonne steht zwischen den Anlagen im Labormaßstab und den großtechnischen Anlagen, wie dem Solarturm hier in Jülich.“
Der Sonnensimulator verbraucht dabei innerhalb von vier Stunden so viel Strom wie ein vierköpfiger Haushalt in einem Jahr. Das klingt zunächst viel. Allerdings soll die Forschungsanlage dabei helfen, die Effizienz von solarthermischen Kraftwerken zu verbessern. Schaffen es die Forscher, den Wirkungsgrad eines Solarkraftwerks um ein Prozent zu steigern, lohnt sich dieser Energieaufwand.

Das Land Nordrhein-Westfalen unterstützte die Forschungsanlage mit 2,4 Millionen Euro, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) förderte mit 1,1 Millionen Euro das Projekt.

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Forschungsförderung

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