Das australische Forschungsinstitut CSIRO hat am Standort Newcastle ein neues Verfahren zur solaren Wasserstoffproduktion vorgestellt. Im Zentrum steht ein sogenannter Beam-down-Solarreaktor, der konzentrierte Sonnenenergie nutzt, um Wasser thermochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Die Demonstration wurde mit Unterstützung der Australian Renewable Energy Agency (ARENA) durchgeführt.
Im Unterschied zu herkömmlichen solarthermischen Anlagen, bei denen Sonnenlicht auf die Spitze eines Turms konzentriert wird, lenkt das Beam-down-System das Licht von oben nach unten auf eine Reaktorplattform. Ein Feld aus Heliostaten – beweglichen Spiegeln – verfolgt den Sonnenstand und reflektiert das Licht auf einen zentralen Turm, der es in den Reaktor lenkt.
Kernstück des Reaktors ist ein metallisches Oxid namens dopiertes Ceroxid (doped ceria), das von der Universität Niigata in Japan entwickelt wurde. Dieses Material kann bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen Sauerstoff abgeben und wieder aufnehmen. Wird es durch Sonnenenergie erhitzt, setzt es Sauerstoff frei. Bei Kontakt mit Wasserdampf nimmt es Sauerstoff aus dem Wasser auf – dabei entsteht Wasserstoffgas, das abgeschieden und gespeichert werden kann. Der Prozess ist zyklisch, das Material kann mehrfach verwendet werden.
Laut Professor Tatsuya Kodama von der Universität Niigata erzeugt das dopierte Ceroxid mehr als die dreifache Wasserstoffmenge im Vergleich zu herkömmlichen Materialien bei ähnlichen Reaktionen. „Das zeigt ein echtes Potenzial zur Effizienzsteigerung künftiger Designs“, sagte Kodama. Die Demonstration war der erste Einsatz des Materials in einem Test im Demonstrationsmaßstab.
Nach Angaben von CSIRO-Forscher Jin-Soo Kim, der das Projekt leitete, erreicht das Verfahren eine potenzielle Solar-zu-Wasserstoff-Effizienz von über 20 Prozent. Das liegt über dem Niveau vieler bestehender Systeme, die typischerweise bei etwa 15 Prozent liegen. „Wir haben einen Zwei-Schritt-Wasserspaltungsprozess mit einem neuen Material demonstriert, das bei relativ moderaten Temperaturen arbeitet“, sagte Kim. Zwar sei man noch nicht im industriellen Maßstab, doch die Reaktivität unter den gegebenen Bedingungen sei vielversprechend.
Die Beam-down-Technologie bietet laut CSIRO auch neue Möglichkeiten für die Forschung an Hochtemperaturprozessen, etwa in der Metallverarbeitung. „Das ist ein bedeutender Fortschritt für die solarthermische Forschung in Australien“, sagte Noel Duffy, Leiter der CSIRO-Solartechnologien. Der Aufbau ermögliche flexiblere Tests für chemische und feste Reaktionen.
Die Technologie könnte langfristig zur Dekarbonisierung schwer elektrifizierbarer Industrien wie Stahl-, Eisen- oder Aluminiumproduktion beitragen. CSIRO sieht darin einen möglichen Beitrag Australiens zur globalen Versorgung mit emissionsarmem Wasserstoff.
