Jülichs größter Schnellkochtopf: Der Solarturm in Königskamp

Von: Guido Jansen
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Blick von oben: So sieht das riesige Heliostatfeld vor dem Jülicher Solarturm aus – von der Forschungsplattform betrachtet. Foto: DLR
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Professor Bernhard Hoffschmidt zeigt einen Receiver- Cap. Foto: Jansen
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Von Guido Jansen Jülich. Die Vereinten Nationen sprechen noch bis Freitag in Paris bei der Weltklimakonferenz darüber, ob und wie unser Planet gerettet werden kann. Jülich mit seinen Forschungseinrichtungen ist einer der Keimzellen für den Fortschritt
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Von Guido Jansen Jülich. Die Vereinten Nationen sprechen noch bis Freitag in Paris bei der Weltklimakonferenz darüber, ob und wie unser Planet gerettet werden kann. Jülich mit seinen Forschungseinrichtungen ist einer der Keimzellen für den Fortschritt

Jülich. Die Vereinten Nationen sprechen noch bis Freitag in Paris bei der Weltklimakonferenz darüber, ob und wie unser Planet vor dem Klimawandel geschützt werden kann. Jülich mit seinen Forschungseinrichtungen ist eine der Keimzellen für den Fortschritt hin zu einer neuen Energie- und Klimapolitik in Deutschland.

Das weithin am besten sichtbare Zeichen dafür ist der Solarturm, den das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Gewerbegebiet Königskamp betreibt. Der Solarturm ist eine Versuchseinrichtung, mit der die Forscher eine Methode entwickeln, Sonnenenergie in einer Dimension zu nutzen. „Das hier ist unsere Spielweise“, sagt Prof. Bernhard Hoffschmidt, der Direktor des Instituts für Solarforschung am DLR.

In Jülich testen die Wissenschaftler ihre Technik, die sie im Labor in Köln entwickelt haben, im großen Maßstab. Der Solarturm ist quasi die Entwicklungsstufe zwischen dem Labor und dem Modell, das später in der Industrie in Serie gehen soll. Pilot heißt diese Stufe. „Wir sind sehr überzeugt von unserer Arbeit und dem Standort in Jülich“, sagt Hoffschmidt, der darauf verweist, dass sein Institut nach dem Kauf des Turms mit drei Mitarbeitern in Jülich angefangen habe. Mittlerweile sind es über 30. „Wir bauen hier auch weiter aus“, sagte Hoffschmidt und verwies auf die künstliche Sonne, die gerade in Blickweite im Bau ist, und auf den zweiten Turm, der bald hochgezogen wird.

Das Kernstück des Solarturms ist der Receiver oben an der Wölbung. Die Heliostate, also die Spiegel, die um den Turm herum auf dem Boden installiert sind, reflektieren das einfallende Sonnenlicht auf den Receiver. Der besteht aus 1200 sogenannten Caps, also schwarzen Bauteilen mit dem Durchmesser eines Handballs. Die Caps bestehen im Inneren aus vielen kleinen Kanälen.

Blickt man frontal auf ein Cap, dann sehen sie aus wie ein massives Sieb. Mit den Kanälen vergrößert sich die Oberfläche, die das Licht absorbieren kann. „Das ist eine Art Lichtfalle“, erklärt Hoffschmidt. Bis zu 900 Grad werden die Caps heiß. Dann saugt der Turm die Umgebungsluft durch den Receiver, die Hitze wird an die Luft abgegeben. „Im Prinzip ist der Receiver wie ein riesiger Schnellkochtopf“, sagt Hoffschmidt.

Die heiße Luft kann im Solarturm zwei Wege gehen. Entweder wird sie in den Wärmespeicher geleitet. Oder sie strömt in einen Dampferzeuger, in dem Wasserdampf entsteht, der dann eine Turbine antreibt. So wird aus der heißen Luft Energie.

„Das Prinzip des Solarturms ist eigentlich simpel“, sagt Hoffschmidt. „Die Einzelkomponenten sind einfach, wie ein Schnellkochtopf auch. Wir bringen in Jülich die Komponenten zu einem großen System zusammen. Das ist wie mit einem Auto. Da ist es auch die Kunst, die Einzelteile zusammenzusetzen.“

Nicht nur das Zusammenspiel ist wichtig, auch die Details. Jahrzehnte Forschung sind vergangen, bis eine Keramikverbindung gefunden wurde, die den Anforderungen eines Receivers in der Jülicher Größenordnung genügt. Am Ende angekommen sind die Forscher noch nicht. Bisher setzt der Receiver in Jülich rund 75 Prozent der Lichteinstrahlung in Wärme um. Im Labor in Köln haben die DLR-Forscher auch schon einen Wirkungsgrad von 90 Prozent erreicht.

Allerdings nur im kleinen Maßstab. Auch der Luftstrom durch den Turm soll optimiert werden. Die Wissenschaftler leiten ein sogenanntes Tracergas in den Luftstrom ein. Solche Gase werden sonst eingesetzt, um Undichtigkeiten beispielsweise in Industrieanlagen oder Häusern sichtbar zu machen. Das ideale Fernziel der Forscher lautet, dass irgendwann 100 Prozent der Luft, die im Receiver erhitzt wird, am Ende des Kreislaufs wieder am Receiver ankommen. „Unser realistischer Wunsch derzeit lautet 80 bis 90 Prozent“, sagt Hoffschmidt.

Der Wärmespeicher ist ein nächstes wichtiges Forschungsfeld. Er besteht ebenfalls aus Keramikelementen, die an Kalksandsteine erinnern, allerdings deutlich leichter sind. Die Keramik nimmt die Hitze der Luft auf und speichert sie lange. Soll die Energie des Speichers abgerufen werden, dann wird Kaltluft in entgegengesetzter Richtung durch den Speicher geblasen. Der so erhitzte Luftstrom nimmt dann den Weg durch den Dampferzeuger und treibt so den Generator an. „So können wir immer dann Energie liefern, wenn Windkraft und Photovoltaik stillstehen“, erklärt Hoffschmidt. Damit wird auch klar, dass am Solarturm kein Stillstand ist, wenn die Sonne nicht scheint.

Die Forschungsplattform in der Mitte des Turms ist nicht unmittelbar in den großen Kreislauf eingebunden. Die großen Versuchsaufbauten hier wechseln häufiger. Es geht darum, beispielsweise die Effizienz des Speichermaterials zu steigern. Aktuell arbeiten die Forscher mit einem kleineren Receiver an der Möglichkeit, Wasserstoff abzutrennen. „Wasserstoff ist der Grundstoff für jeden Brennstoff“, erklärt Hoffschmidt die Stoßrichtung. So sollen Brennstoffe mit Hilfe von Solarenergie erzeugt werden. Und die Energie, die notwendig ist, um Wasserstoff abzutrennen, soll die Sonne liefern.

Der zweite Turm soll zwei Forschungsplattformen haben. Das hat den Vorteil, dass in Jülich mit dem vorhandenen Sonnenlicht mehr experimentiert werden kann.

Ziel der DLR-Forscher in Jülich ist, Techniken so weit zu entwickeln, dass sie in der Größenordnung eines Piloten zuverlässig und dauerhaft funktionieren. „Nach dem Piloten ziehen wir uns dann zurück. Die nächste Größenordnung ist dann der Einsatz in der Industrie“, sagt Hoffschmidt. Dass das so kommen wird, davon sind Hoffschmidt und die DLR-Forscher überzeugt. Genau wie vom Standort Jülich.

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