Forscher aus Colorado nutzen konzentrierte Solarenergie für Wasserstoff-Produktion

Forschende an der Universität von Colorado haben in einer Studie gezeigt, wie sich die Effizienz der thermochemischen Herstellung von Wasserstoff mit konzentrierter Solarenergie (CSP) steigern lässt. Die Spaltung von Wasser ist nicht nur per Elektrolyse möglich, sondern auch bei hohen Temperaturen und mit entsprechenden Katalysatormaterialien. Die Temperaturen – deutlich über 1.000 Grad – lassen sich mit der Konzentration von Sonnenlicht in einem Solarturm erreichen. Der Solarserver berichtete bereits 2017 über eine Pilotanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Almeria.

Wasserstoff aus Solarturm-Kraftwerk scheitert bisher an Effizienz

Doch obwohl es zahlreiche praktische Demonstrationen der Technologie gebe, reiche die Effizienz bisher nicht für eine kommerzielle Anwendung. Ein Hindernis sei dabei, dass die einzelnen Prozessschritte jeweils unterschiedliche Temperaturen benötigten. Das Forschungsteam aus Colorado hat nun einen Weg gefunden, den Prozess bei gleichmäßigeren Temperaturen ablaufen zu lassen. Dafür setzen die Forschenden auf Eisen-Aluminat-Materialien und einen höheren Druck des Oxidationsmittels. Sie erreichten damit eine mehr als doppelt so hohe Wasserstoffproduktion.

Konzentrierte Solarenergie verspricht leichte Skalierung der Wasserstoff-Produktion ohne knappe Materialien

Mit Solarenergie betriebene chemische Kreisprozesse seien eine leicht skalierbare Alternative zur Elektrolyse. Aus Wasser und CO₂ lasse sich so auch Synthesegas herstellen, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die als Basis für Kraftstoffe genutzt werden kann.

In der Studie verweisen die Forschenden darauf, dass die Elektrolyse große Mengen Strom braucht. Der Ausbau der erneuerbaren Stromproduktion werde jedoch durch die Knappheit bestimmter Materialien gehemmt. Die im Versuch eingesetzten Eisen-Aluminate seien hingegen auf der Erde weit verbreitet.

Der grundsätzliche Prozess, Wasser mit Hilfe eines sogenannten reduzierten Metalloxids unter Hitzeeinwirkung zu spalten, ist bekannt. Dabei sei man bisher aber davon ausgegangen, dass die Reaktion nicht vom Gesamtdruck abhänge. Das Forschungsteam zeigte nun in Experimenten, dass sich in einem offenen System, bei dem die Produktgase vom Reaktionsort weggespült werden, die Reaktionsgeschwindigkeit durch höheren Druck vergrößern lässt. So lässt sich die Ausbeute steigern, ohne die Temperatur zu erhöhen. Das senkt wiederum den Anspruch an die eingesetzten Materialien – und somit die Kosten.

Die Forschenden zeigen sich zuversichtlich, damit den Grundstein für eine kommerzielle Anwendung der Wasserstoff-Erzeugung mit konzentrierender Solarthermie gelegt zu haben.

21.8.2023 | Quelle: University of Colorado /Joule | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH