Sonne und Wasser für die Wasserstoffherstellung
In dem EU-geförderten Projekt HYDROSOL-3D wird ein zweistufiger thermochemischer Wasserspaltungszyklus auf einen monolithischen Reaktor angewendet, der Wärme aus konzentrierter Sonnenstrahlung nutzt, um H2 nachhaltig herzustellen. Aufbauend auf den Erfolgen seiner Vorgänger (HYDROSOL und HYDROSOL-II) legten die Wissenschaftler einen detaillierte Entwurf einer 1-Megawatt (MWth) Demonstrationsanlage vor. Das Team berücksichtigte zwei Szenarien für die H2-Produktion über solarthermochemische Wasserspaltung. Das erste Szenario war die Anpassung der Technologie an eine vorhandene solarthermische Anlage, die zweite betraf die Entwicklung einer völlig neuen solar-thermochemischen Anlage. Die technische Arbeit wurde von einer Machbarkeitsstudie der hochskalierten Anlage sowie einer Marktanalyse, um realistische Szenarien für die Marktdurchdringung zu bestimmen, ergänzt. Während der drei Jahre des Projektes führten die Wissenschaftler umfangreiche Forschungen zur Optimierung von Materialien durch, die bei der thermochemischen Herstellung von H2 verwendet werden. Poröse Strukturen, die vollständig aus Redox-Materials bestehen, wurden hergestellt und waren aktive Wasserteiler. Außerdem verbesserten sie das Reaktordesign, um Wärmeverluste zu reduzieren und eine homogene Temperaturverteilung unter Beibehaltung der strukturellen Modularität zu ermöglichen. Ein Steueralgorithmus wurde entwickelt, um die Temperatur der Solarreaktoren durch Veränderung der Anzahl von Heliostaten zu steuern. Es wurden Versuchskampagnen am HYDROSOL-II-Solar-Empfängerreaktor zur Validierung des Steueralgorithmus und für die Optimierung der Betriebsstrategie durchgeführt. Eine Testkampagne an neuen Redox-beschichteten Monolithen wies auf einen langfristige zyklische Betriebsstabilität bei Hochtemperatur-Sonneneinstrahlung hin. HYDROSOL-3D lieferte die komplette Anlagenplanung, die Definition des Steuersystems, der Sensoren und Prozessaktoren. Die Kosten für die H2-Produktion aus nicht erneuerbaren Quellen soll mit dem Anstieg der Kosten für fossile Brennstoffe und der möglichen Einführung von strengen Umweltsteuern steigen. Gleichzeitig könnten Verbesserungen im Bereich der Solartechnologien (z.B. bei Kosten von Heliostaten, beim Tracking-System der Heliostaten und bei der Solarfeld-Optimierung) die HYDROSOL-Technologie gegenüber der nicht erneuerbaren H2-Produktion, bei der Kohlendioxid entsteht, wettbewerbsfähiger machen.
