Zink zum Speichern von Sonnenenergie
Die Reduktion von Zinkoxid (ZnO) mit kohleartigem Material unter Nutzung der Sonneneinstrahlung als Energiequelle ist ein innovatives Konzept für die Energiespeicherung in Zink (Zn) als "Solarbrennstoff". Der Energiegehalt des Zinks kann anschließend als Elektrizität in Zink-Luft-Brennstoffzellen gespeichert werden oder Zink kann auch zur Herstellung von hochreinem Sauerstoff durch die Reaktion mit Wasserdampf dienen. Bei beiden Verfahren entsteht ZnO, das im Solarreaktor weiterverarbeitet werden kann, um erneut metallisches Zinkoxid mit drastisch gesenkten CO2-Emissionen im Vergleich zur konventionellen Zn-Produktion mit fossilen Brennstoffen zu erhalten. Mit dem Ziel einer experimentellen Bewertung der solaren karbothermischen ZnO-Reduktion im Versuchsmaßstab entwickelte und fertigte man im Rahmen des von der Europäischen Kommission finanzierten SOLZINC-Projekts einen innovativen Solarreaktor mit zwei Hohlräumen. In den gut isolierten unteren Hohlraum als Reaktorkammer gelangt eine Mischung aus Zinkoxid mit Kohle, Koks oder Kohlenstoff-Biomasse. Ein Feld von Heliostaten reflektiert das Sonnenlicht auf einen hyperbolischen Spiegel, welcher wiederum die Lichtstrahlen senkrecht nach unten durch einen zweiten Konzentrator im Solarofen auf dem Boden reflektiert. Die Sonneneinstrahlung erhitzt den oberen Hohlraum durch ein Quarzfenster, wodurch anschließend der untere Hohlraum indirekt erwärmt wird. Bei Temperaturen von über 1000 °C reagieren ZnO und Kohlenstoff hauptsächlich zu gasförmigem Zink- und Kohlenmonoxid. Die gasförmigen Produkte werden über ein Gasabzugsrohr entfernt, das zur Kondensation des Zinks und zur Bildung eines feinen Zinkpulvers, das sicher verarbeitet und transportiert werden kann, mit einem Kühler verbunden ist. Das Kohlenmonoxid kann für Energiezwecke genutzt werden. Nach umfangreichen Versuchen mit verschiedenen Prototypen in Laborgröße integrierte man einen ersten chemischen Versuchsreaktor in das Solarkraftwerk des Weizmann-Instituts für Wissenschaften in Israel, dessen Leistung 1 MW erreicht. Die ersten Versuche verliefen erfolgreich. Man nutzte 30 Prozent der verfügbaren Sonnenenergie für die chemische Reaktion und erhielt pro Stunde 45 kg Zink, was den anvisierten Zielstellungen entsprach. In einer industriellen Anlage mit ihrem gesamten Ausmaß können durch einen ähnlichen Prozess viel größere Mengen gewonnen werden. Das Verfahren funktioniert sowohl mit fossilen Kohlearten als auch mit Biomasse, z. B. in Form von Holzkohle. Bei der Verwendung von Holzkohle kann der gesamte Prozess CO2-neutral ablaufen.
