Neuer Prozess für katalytische Spaltung von Wasser und Kohlendioxid liefert auch Ersatzsubstanz für Erdölprodukte

Solarkraftwerk

Zürich (Schweiz)/Pasadena (USA) - Die Solarzelle auf dem Dach oder die Solarkraftwerke in Südspanien gewinnen aus Sonnenlicht elektrischen Strom. Doch die energiereiche Strahlung kann auch zur Produktion von Treibstoffen genutzt werden. Für diesen bisher wenig effizienten Prozess entwickelten schweizerische und amerikanische Forscher nun einen neuen Reaktortyp. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, seien damit Wirkungsgrade von knapp 20 Prozent möglich. Entsprechende Reaktoren könnten in Zukunft das Sonnenlicht deutlich besser als Grünpflanzen in nutzbare Energieträger umwandeln.

"Über 500 Zyklen konnten wir eine stabile und schnelle Erzeugung von Treibstoffen zeigen", schreiben Aldo Steinfeld von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und seine Kollegen vom California Institute of Technology in Pasadena. Kern des neuen Prozesses ist eine Keramik aus Ceroxid. Mit konzentriertem Licht heizten die Forscher einen Block aus diesem Material auf bis zu 1640 Grad Celsius auf. Schon ab 900 Grad trennten sich die Sauerstoffatome von der Keramik. Um diese Lücke wieder aufzufüllen, entrissen sie sowohl Wasser als auch dem Treibhausgas Kohlendioxid Sauerstoffatome. Zurück blieb Wasserstoff und das Gas Kohlenmonoxid, das als Basis für Kohlenwasserstoffe und Kunststoffe dienen kann.

Die Ausbeute ihres kleinen Prototyps rangierte allerdings noch bei Werten von unter einem Prozent. Die Ursache sehen die Forscher jedoch nicht in dem chemischen Katalyseprozess selbst, sondern in dem wenig effizienten Aufbau ihres Solarreaktors. Mit optimierten und vor allem größeren Reaktoren halten sie Ausbeuten von Wasserstoff und Kohlenmonoxid von 16 bis 19 Prozent für möglich. Die notwendige Hitze kann mit Solar-Turmkraftwerken erzeugt werden, in denen ein Spiegelfeld die Sonnenstrahlen auf einen kompakten Keramik-Reaktor in der Turmspitze fokussiert Erste Turmkraftwerke erzeugen in Südspanien bereits heute Temperaturen von etwa 500 Grad, um Wasserdampf zum Antrieb von Turbinen aufzuheizen. Höhere Temperaturen von über 1500 Grad sind mit größeren Spiegelflächen durchaus erreichbar.

Mit anderen Keramiken als Ceroxid gelang es bereits Wissenschaftlern vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Forschungszentrum Plataforma Solar de Almería (PSA) im spanischen Andalusien, Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. Im Rahmen der Hydrosol-Projekte erreichten sie mit konzentriertem Sonnenlicht Temperaturen von 800 bis 1200 Grad Celsius. Auf der Suche nach effizienteren keramischen Katalysatoren könnten die neuen Ergebnisse auch hier zu Prozessen mit höheren Ausbeuten führen.