(mib (mailto:breu@cc.ethz.ch) ) „Solare Hybridprozesse, die neben konzentriertem Sonnenlicht auch fossile Brennstoffe verwenden, werden als saubere und effiziente Verfahren zur Dekarbonisierung fossiler Brennstoffe und zur Vermeidung von Kohlendioxid betrachtet“, schreiben Aldo Steinfeld, ETH-Professor für Erneuerbare Energieträger (1) und Leiter der Gruppe Solare Verfahrenstechnik am Paul-Scherrer-Institut (PSI), und David Hirsch vom Institut für Energietechnik, im International Journal of Hydrogen Energy (2) . Das Team hat die solarthermische Zersetzung von Methan zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff experimentell untersucht.

„Der Solarreaktor besteht aus einer Kavität, in der eine mit Kohlenstoffpartikeln beladene Wirbelströmung aus Methan erzeugt wird. Die Kohlenstoffpartikel absorbieren die Solarstrahlung und dienen gleichzeitig als Nukleationskeime für den neu gebildeten Kohlenstoff“, schreiben die beiden Ingenieure und kommen in ihrer Arbeit zum Schluss: „Ein 5 Kilowatt Reaktorprototyp, der mit Strahlungsintensitäten von teilweise über 3500 Kilowatt pro Quadratmeter im Solarofen am PSI und im Hochfluss-Sonnensimulator an der ETH getestet wurde, erzielte einen Methan-Umsatz zu Wasserstoff und Kohlenstoff von 67 Prozent bei 1600 Kelvin und 1 bar. Die Struktur des gebildeten Kohlenstoffs gleicht derjenigen von Nanofasern.“

Der vorgeschlagene solare Hybridprozess schone die Erdgasreserven, reduziere die Kohlendioxid-Emissionen und stelle eine Übergangsphase auf dem Weg zu solarem Wasserstoff dar, schreiben sie im Fachblatt. “In solchen energieaufwendigen Prozessen werden fossile Brennstoffe ausschliesslich als chemische Reaktanten zur Wasserstoff-Produktion gebraucht, wobei Solarenergie als Quelle für die Hochtemperatur-Prozesswärme dient. Die Vorteile des solar betriebenen Prozesses sind vielfältig: die Emission von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen wird vermieden; die Produktgase sind nicht durch Verbrennungsnebenprodukte kontaminiert; und der Heizwert des Brennstoffs wird durch die eingebrachte Solarenergie erhöht."

Schematische Darstellung eines solarchemischen Reaktors für die thermische Zersetzung von Methan: In der Kavität wird eine Wirbelströmung aus Methan und Kohlenstoff-Partikeln erzeugt, wobei letztere als Strahlungsabsorber und Nukleationskeime dienen.

Kohlenstoff-Nanofasern, entstanden bei der solarthermischen Zersetzung von Methan, aufgenommen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM). Bilder: Steinfeld/ETHZ