Das Herzstück solarthermischer Kraftwerke: Hochleistungsreceiver als Energiesammler

(v.l.n.r.) Dr. rer. nat. Nikolaus Benz, Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz (Sprecher)
Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn

Schott Solar CSP, Mitterteich

Die fossilen Brennstoffe Öl, Gas und Kohle werden immer teuer und gehen irgendwann zur Neige. Die Zukunft gehört daher der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträgern - etwa aus der Sonnenenergie. Allerdings: Wie lassen sich Solarkraftwerke, die Strom bislang vergleichsweise teuer gewinnen, auf ein wirtschaftlich konkurrenzfähig machen?

Einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu diesem Ziel schafften Nikolaus Benz und Thomas Kuckelkorn. Die nominierten Forscher entwickelten einen Receiver für Solarkraftwerke mit Parabolrinnentechnologie, mit dem sich elektrische Energie aus Solarstrahlung deutlich effizienter als bisher gewinnen lässt. Nikolaus Benz ist Geschäftsführer der Schott Solar CSP in Mitterteich, Thomas Kuckelkorn war von 2001 bis 2006 als Projektleiter in der Entwicklung tätig und hat das Produkt mit Nikolaus Benz zur Marktreife gebracht.

Öl nimmt die Sonnenwärme auf

Die Sonne schickt in jeder Stunde genug Energie zur Erde, um den Bedarf der Menschheit ein Jahr lang zu decken. Doch die Technologie, um die Solarenergie zur Stromerzeugung zu nutzen, ist aufwendig und teuer. Eine Möglichkeit dazu bieten Parabolrinnenkraftwerke: In diesen Anlagen fangen zahlreiche gewölbte Spiegel die Sonnenstrahlung ein und konzentrieren sie auf einen Receiver - ein Rohr, in dem ein Thermoöl zirkuliert. Das Öl erhitzt sich durch die gebündelte Strahlung und transportiert die Wärme zu einem Dampfkessel. Dort wird mit der Hitze Dampf erzeugt, der eine Turbine antreibt - elektrischer Strom wird erzeugt.

In mehreren Kraftwerken, zum Beispiel in den USA, wird diese Technologie bereits seit etlichen Jahren eingesetzt. Allerdings: Ihr Wirkungsgrad - also der Anteil der Sonnenenergie, der in elektrische Energie umgewandelt wird, - ist relativ gering. Das macht die Stromerzeugung teuer.

Ein starkes Bündel aus neuen Materialien

Den nominierten Forscher gelang es, durch eine Kombination mehrerer Innovationen einen Receiver zu entwerfen, der die Effizienz von Parabolrinnenkraftwerken deutlich verbessert. So entwickelten sie eine spezielle Glas-Metall-Verbindung. Sie dient dazu, in dem Receiver eine stabile und vakuumdichte Verbindung zwischen einem metallischen Absorberrohr, in dem das Thermoöl zirkuliert, und einem umgebenden Hüllrohr herzustellen - das Vakuum verringert die Wärmeverluste.

Zum anderen kreierten die Forscher neuartige Übergangselemente zwischen Absorberrohr und Glashülle, mit denen sich fast der gesamte Receiver zum Einfangen der Sonnenwärme nutzen lässt - auch das erhöht den Wirkungsgrad der Anlage. Eine spezielle, auf nanotechnologischen Verfahren basierende Antireflexbeschichtung und eine besonders temperaturbeständige Absorberbeschichtung für die Umwandlung der Solarstrahlung in Wärme runden das Bündel von Innovationen ab.

Mit dem neuen Design schufen die Forscher die Grundlage dafür, dass Solarkraftwerke künftig leistungsfähiger und effizienter betrieben werden können - und sich damit Strom aus Sonnenenergie zugleich nachhaltig und ökonomisch rentabel produzieren lässt.

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt "Das Herzstück solarthermischer Kraftwerke: Hochleistungsreceiver als Energiesammler" wurde vom Bundesverband der Deutschen Industrie vorgeschlagen.

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2008 Erklärfilm ZDF Team 1

Das Herzstück solarthermischer Kraftwerke: Hochleistungsreceiver als Energiesammler
Dr. rer. nat. Nikolaus Benz (Sprecher)
Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn

Hintergrundmaterial

Fragen an die Nominierten
Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn

Alternative Energiekonzepte, Ressourcenschonung, Umweltbelastung - das sind Themen, die uns alle immer mehr beschäftigen. Nicht zuletzt beobachten wir den Ölpreis mit Sorge. Ihr Projekt befasst sich mit alternativer Energiegewinnung, mit Komponenten und Entwicklungen bei solarthermischen Kraftwerken. Zunächst zur Klärung: Was sind solarthermische Kraftwerke, was sind im Besonderen die Parabolrinnenkraftwerke, was leisten sie und wie sind sie aufgebaut?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Solarthermische Kraftwerke sind, wie der Name schon sagt, Großanlagen, die aus Sonnenenergie Strom gewinnen. Es gibt heute verschiedene Technologien zur solaren Stromerzeugung.
Im Unterschied zur Photovoltaik wird in solarthermischen Kraftwerken zunächst aus solarer Strahlung Wärme erzeugt. Bei den Parabolrinnenkraftwerken geschieht dies mit großen, trogförmigen Spiegelrinnen, die die Strahlung auf die Brennlinie konzentrieren. In der Brennlinie befindet sich der sogenannte Receiver, dessen Innenrohr von einem Wärmeträgermedium durchflossen wird. Der Receiver nimmt die konzentrierte Solarstrahlung auf und gibt sie als Wärme bei etwa 350 bis 400 Grad Celsius an das Medium ab. Diese Wärme wird benutzt, um Dampf zu erzeugen. Der Dampf wird dann wie in einem konventionellen Kraftwerk über eine Turbine verstromt.

Sonne in Spiegeln einfangen, daraus wird dann Strom – das klingt ganz einfach. Wie verlässlich sind denn solche Anlagen und wie kommt der Strom dann in – oder wie es bei uns so schön heißt – dann wieder aus der Dose?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Zunächst einmal zur Verlässlichkeit: Es gibt solche Anlagen schon länger. Die erste Parabolrinnenanlage wurde bereits vor circa 100 Jahren von einem deutschen Ingenieur konstruiert. Großtechnologische Anlagen heutiger Bauart werden seit Mitte der Achtzigerjahre in den USA betrieben. Diese Anlagen sind bis heute am Netz, und man hat dort nun schon einige Jahre Betriebserfahrung gesammelt. Es ist eine Technologie, die grundsätzlich erprobt ist und deren Lebensdauer mit konventionellen Kraftwerken vergleichbar ist.

Und wie lange „hält“ so ein Kraftwerk?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das ist ein wichtiger Punkt: Man investiert zunächst sehr viel Geld, um ein solches Kraftwerk zu bauen. Die US-amerikanischen Kraftwerke, bei denen natürlich schon einige Teile ersetzt wurden, können, wenn man sie sozusagen wie den eigenen Garten pflegt, durchaus über 30 Jahre betrieben werden, wie Beispiele aus Kalifornien belegen.

Zwischenfrage: Muss man diese Spiegel putzen?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Die werden geputzt.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Da fährt ein Lkw mit einem Sprühgerät durch die Reihen und sprüht die Spiegel sauber. Das findet nachts statt und stört den Betrieb nicht weiter.

Nochmals zurück zur Frage: Wie kommt der Strom dann bei uns in die oder aus der Dose?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Das funktioniert wie in einem konventionellen Kraftwerk. Der erzeugte Dampf wird in eine Turbine geleitet. Diese Turbine dreht sich und erzeugt über einen Generator Strom und dieser Strom geht in die Leitung.

Und was passiert, wenn die Sonne nicht scheint?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das ist die Besonderheit solarthermischer Kraftwerke und anders als bei der Windenergienutzung, wo es keinen Strom gibt, wenn der Wind nicht weht, oder bei der Photovoltaik, wo es keinen Strom gibt, wenn die Sonne nicht scheint: Aufgrund der Tatsache, dass die Energie in Form von Wärme vorliegt, ist hier eine Zwischenspeicherung möglich. Man kann große thermische Speicher bauen und damit viele Stunden ohne Sonneneinstrahlung überbrücken.

Das heißt trotzdem, dass solche Kraftwerke möglichst in sonnenreichen Gegenden liegen sollten?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Selbstverständlich. Weil es um konzentrierende Solarstrahlung geht, ist Deutschland aufgrund der geringen Direktstrahlung einfach nicht der richtige Ort. Man muss schon mindestens nach Spanien oder Süditalien gehen, besser noch nach Nordafrika oder in andere sonnenreiche Wüstengegenden dieser Erde. Das sind die richtigen Standorte für solarthermische Kraftwerke.

Trotzdem muss die Energie von dort an die Verbrauchsorte transportiert werden. Wenn wir sie nutzen wollen, braucht man große Überlandleitungen, oder wie passiert das?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das hängt natürlich ganz vom Standort ab. In den USA wurden die ersten Kraftwerke in der Mojave-Wüste gebaut, die bildlich gesprochen im Hinterhof von Los Angeles liegt. Dort befinden sich die Kraftwerke in unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern. Die heutigen Märkte für die solarthermischen Kraftwerke sind in Südspanien, von dort ist es auch nicht weit bis in die süd- und mittelspanischen Großstädte.
Der große Zukunftsmarkt liegt in den einstrahlungsreichen Wüstengegenden Nordafrikas. Von dort können wir den Strom nach Europa leiten: im ersten Schritt wahrscheinlich über die Straße von Gibraltar oder nach Sizilien und Italien, à la longue unter Umständen bis nach Mitteleuropa. Die dafür notwendige Technik ist heute verfügbar, das geht über Gleichstromhochspannungsleitungen.
Ein wichtiger Aspekt ist der Kostenfaktor. Es gibt detaillierte Berechnungen, die sich im Bereich von zwei bis drei Cent pro Kilowattstunde bewegen, beispielsweise für den Stromtransport von einer nordafrikanischen Wüstengegend nach Kassel. Das ist also prinzipiell machbar.

Stichwort Ressourcenschonung: Was ist das Interessante an dem, was diese solarthermischen Kraftwerke können?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Es ist eine erneuerbare Energie. Die Energie, die man in den Bau solcher Kraftwerke investieren muss, ist vergleichsweise gering. Die energetische Amortisationszeit liegt bei etwa fünf Monaten, heißt es im „Solar Technologies Program“ des US-Energieministeriums. Dann ist das Kraftwerk sozusagen energetisch „abgeschrieben“ und entwickelt eine positive Energiebilanz.

Und das hat auch noch eine Auswirkung auf die Emission?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Das ist ganz einfach: Wenn ich ein konventionelles Kraftwerk betreibe, brauche ich auch Wärme, dafür muss ich etwas verbrennen, also zunächst einen Brennstoff gewinnen, zum Kraftwerk transportieren und dann dort verbrauchen; das erzeugt Emissionen. Der Brennstoff wird im solarthermischen Kraftwerk durch die Sonne ersetzt: Ein 50-MW-Solarkraftwerk mit Speicher erzeugt beispielsweise etwa 160 GWh Strom pro Jahr. Um den gleichen Strom konventionell zu erzeugen, müsste man 50.000 Tonnen Öl verbrennen, wobei ca. 155 Millionen Kilogramm CO2 freigesetzt würde. Die Emissionen, die durch die Förderung und den Transport des Brennstoffes entstehen, sind dabei noch nicht berücksichtigt.

Sie haben nun die Technologie der Parabolrinnenkraftwerke entscheidend weiterentwickelt. Beschreiben Sie bitte Ihre Innovation, also was Sie erfunden oder entwickelt haben.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Unsere Innovation betrifft den Receiver – das Bauteil, das Solarstrahlung in Wärme umwandelt und somit die zentrale Komponente des Solarfeldes darstellt. Um einen ausreichenden Wirkungsgrad zu erreichen, muss die konzentrierte Solarstrahlung sehr effizient in Wärme hoher Temperatur umgewandelt werden. Dazu braucht man ein Bauteil, das extreme optische und thermische Eigenschaften aufweist. Um diese Eigenschaften zu erzeugen, waren viele einzelne Entwicklungsschritte nötig.

Die Innovationen betreffen zum einen die eingesetzten Beschichtungen: Die Absorberbeschichtung, also die dunkle Beschichtung auf dem Innenrohr, absorbiert die Solarstrahlung nahezu vollständig und emittiert nur wenig Infraroten, verliert also nur sehr wenig Wärme. Das ist ein wesentlicher Baustein, um hohe Effizienz zu erzielen.

Der andere Baustein ist das Glashüllrohr, das möglichst viel Strahlung durchlassen soll. Zu diesem Zweck ist es so beschichtet, dass nur sehr wenig Licht an den Oberflächen reflektiert wird. Wir erreichen einen Transmissionsgrad von rund 96 Prozent, beim Durchgang gehen also nur rund vier Prozent der Strahlung verloren.

Eine andere wichtige Erfindung ist - und die hat viel mit der Betriebserfahrung aus den zurückliegenden 20 Jahren in den alten Kraftwerken in den USA zu tun - die Verbindung des innen liegenden Stahlrohres mit dem Hüllrohr. Hier müssen zwei Materialien, die sehr unterschiedliche Eigenschaften haben, nämlich Metall und Glas, dauerhaft miteinander verbunden werden. Dauerhaft bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Verbindung über viele Jahre unter hohen mechanischen und thermischen Belastungen ihre Festigkeit und damit Hochvakuumdichtigkeit behalten muss. Die Aufgabe bestand auch darin, diese Verbindung in einem automatisierbaren Prozess herzustellen.
Dazu haben wir hier ein spezielles Glas entwickelt, das perfekt in der thermischen Ausdehnung zu dem Metall auf der anderen Seite passt. Dadurch können wir die mechanisch-thermischen Spannungen minimieren und die Haltbarkeit dieses Glas-Metall-Verbundes gewährleisten.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Ich möchte noch einen Punkt hinzufügen - auch eine Innovation!
Das Produkt, der Receiver, wird fest in dieses Kraftwerk eingebaut; man kann später im Betrieb nicht einfach einzelne Receiver austauschen, ohne einen größeren Bereich des Solarfeldes abzuschalten. Das heißt, der Receiver muss eine hohe Lebensdauer haben, die idealerweise vergleichbar mit der Lebensdauer des Kraftwerkes ist. Wir haben eine neue, konstruktive Lösung gefunden, die zum einen sehr resistent ist gegen die Belastungen, die im Betrieb auftreten, und gleichzeitig die Effizienz steigert, indem mehr Strahlung eingefangen werden kann.

Am Entwicklungsprozess dieser Innovation waren nicht nur Sie als Nominierte beteiligt. Wie hat sich dieser Entwicklungsprozess strukturiert und über welche Zeit? War das auch eine Kooperation Wissenschaft–Wirtschaft?      

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Wir haben die Entwicklung Ende 2001 in einem Verbundvorhaben gemeinsam mit Forschungseinrichtungen und Industriepartnern begonnen. Sie war eingebettet in ein Förderprojekt des Bundesumweltministeriums (BMU). In dem Projekt haben wir beispielsweise mit der TH Clausthal-Zellerfeld zusammengearbeitet. Es ging um die Antireflexbeschichtung für das Glas; diese haben wir gemeinsam zunächst im Labormaßstab entwickelt und dann im eigenen Haus zu einem produktionsfähigen Produkt gemacht. Auch mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben wir zusammengearbeitet und im Wesentlichen die Schichtentwicklung für den Absorber vorangetrieben. Weiterhin mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, also der Institution in Deutschland, die sich mit konzentrierender Solartechnik beschäftigt und langjährige Erfahrung damit hat; mit dem DLR haben wir im Wesentlichen die Testverfahren festgelegt und Leistungsprüfungen durchgeführt. Schließlich haben wirgemeinsam mit anderen Industriepartnern unsere Receiver im Feldtest erprobt und von dort die wichtigen Leistungsdaten bekommen. Insgesamt ist das eine lange Liste.

Und wie sind Sie zusammengekommen? Sie sagten: Wir haben einfach angefangen … Die Idee ist Ihnen ja nun nicht einfach zugeflogen. Was waren denn die Ursprünge des Ganzen?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Schott hat diesen Markt schon länger beobachtet und bei den ersten Kraftwerken in den Achtzigerjahren die Glashüllrohre geliefert. In den folgenden zehn Jahren ab 1991 ist dann bis auf ein kleines Ersatzteilgeschäft wenig passiert. Wir wurden aber häufig darauf angesprochen, auf dem Gebiet aktiv zu werden, um der Technik neue Impulse zu geben. Die Entscheidung für eine Neuentwicklung fiel Ende 2001, etwa ein halbes Jahr nach meinem Eintritt bei Schott. Thomas Kuckelkorn ist ein halbes Jahr später dazugekommen.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Unser gemeinsamer Weg fängt ein wenig früher an: Wir waren beide in München an der Ludwig-Maximilians-Universität an einem Lehrstuhl tätig, der sich mit Solarenergie befasste, Nikolaus Benz als Doktorand und ich damals als Diplomand. Aus dieser Zeit gibt es ein Buch vom damaligen Lehrstuhlinhaber Prof. Sizmann mit dem Titel „Solar Thermal Power Plants“, das sicher heute noch bei uns beiden im Schrank steht. In diesem Buch sind die physikalischen Grundlagen solarthermischer Kraftwerke beschrieben. Nach meinem Studium habe ich eine Promotion an einem Lehrstuhl für Solararchitektur an der TU München begonnen. Über ein Projekt ist dann wieder der Kontakt zu Nikolaus Benz entstanden, der mir 2001 das Angebot machte, in die Produktentwicklung für den Receiver einzusteigen.

Nochmals zu dem, was Sie als Produkt bezeichnen: Ist das  „nur“ die konsequente Weiterentwicklung einer vorhandenen Technologie? Oder was ist das Innovative daran, das jetzt mit der Nominierung des Deutschen Zukunftspreises gewürdigt wird?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Ich würde das Ergebnis unserer Entwicklungsarbeit als „Türöffnerprodukt“ bezeichnen. Unsere neu entwickelte Komponente ist für diese – zunächst große – Gesamttechnologie ein notwendiger Baustein, um die nächste Entwicklungsstufe zu erreichen. Die Ziele sind eine höhere Betriebstemperatur und bessere Wirkungsgrade. Es gibt hierfür bereits einige Ideen zu alternativen Wärmeträgern und zur Direktverdampfung. Dafür werden Receiver benötigt, die sich für die neuen Betriebsbedingungen eignen.
Um noch einmal auf Ihre Frage zurückzukommen: Ist das die Weiterentwicklung einer bestehenden Technologie oder ist das etwas völlig Neues?: Von Weitem betrachtet weist der Receiver Ähnlichkeit mit der bekannten Technik auf. In den Details jedoch erkennt man viele neuartige Lösungen. Insofern ist beides zutreffend.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Bei der bisher eingesetzten Technik wird mit einem Thermoöl und einer Betriebstemperatur bis 400 °C gearbeitet. Heute haben wir einen Entwicklungsstand erreicht, der eine Betriebstemperatur bis zu 500 °C ermöglicht – das ist ein wesentlicher Schritt nach oben, der künftig zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führen soll. Mit der Direktverdampfung wird durch die Receiver eine weitere interessante Technik erschlossen, die einen potenziellen Kostenvorteil für das Kraftwerk bedeutet.

Ist das schon in der Anwendung oder noch in der Entwicklung?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das ist noch in den ersten Tests. Und wir hoffen natürlich, dass es demnächst auch in einer großen Anlage in die Anwendung geht.

Das wären 100 °C Unterschied, das ist ja vermutlich ein gewaltiger Fortschritt …

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Genau. Die Hoffnung ist natürlich, dass wir noch ein Stückchen weiterkommen ... Die Kunst besteht darin, eine Absorberschicht zu entwickeln, deren Bestandteile über 20 Jahre lang in derselben Ordnung bleiben und die mit den gleichen Eigenschaften und hohen Wirkungsgraden ihren Dienst versehen – und das bei einer Schichtdicke von weniger als einem Tausendstel Millimeter. Diese Qualität ist nicht auf den ersten Blick erkennbar, wenn man eine solche blau schimmernde Beschichtung sieht.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
In dem Produkt steckt viel Physik, vom Material über die Beschichtung bis zur Vakuumtechnik. Am Ende muss alles zusammenpassen, damit ein hocheffizientes Bauteil daraus wird.

Welche Visionen gibt es für die Weiterentwicklung?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Es gibt generell in der Solarbranche die Vision der „Grid Parity“. Das heißt, man möchte irgendwann den Punkt erreichen, an dem Solarstrom genauso viel kostet wie konventionell erzeugter Strom. Und es wird in fernerer Zukunft ja auch der Zeitpunkt kommen, an dem wir keine fossilen Brennstoffe mehr haben und die Sonne als Hauptenergielieferanten brauchen. Die aktuelle Entwicklung zeigt, dass nicht nur die Solartechnologien effizienter und kostengünstiger werden, sondern sich gleichzeitig auch die konventionellen Energien verteuern. Das bedeutet, dass der Zeitpunkt, an dem Grid Parity erreicht wird, potenziell näherrückt.

Die bisherigen Höchstpreise für Öl und die Suche nach weiteren Vorräten sollten uns eigentlich nervös werden lassen. Sind das ebenfalls Anzeichen dafür, dass Sie auf dem richtigen Weg sind?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Der neue Richtlinienvorschlag der Europäischen Kommission zu den erneuerbaren Energien sagt ja, dass wir bis zum Jahr 2020 rund 20 Prozent unseres Strombedarfs aus erneuerbaren Quellen generieren müssen. Irgendwann wird es noch viel mehr sein, und die solarthermischen Kraftwerke sind einfach eine wunderbare Option, das zu erfüllen – gerade wenn man an die Vision denkt, den Strom in den sonnenreichen Gebieten zu erzeugen und zu uns nach Europa zu transportieren ... 
Um es anschaulich zu machen: In der Sahara würde eine Fläche von 300 x 300 Kilometern benötigt. Das ist ein sehr großes Stück Land, aber in der Sahara sind es eben nur vier Prozent der Fläche. Das reicht nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt aus, um den heutigen Weltstrombedarf zu decken.

Das ist nicht nur eine Chance für uns, erneuerbaren Strom zu bekommen, sondern es ist auch eine Chance für die nordafrikanischen Länder, nach der Ölzeit eine Industrie zu haben: die Produktion von erneuerbarem Strom, der dann nach Europa verkauft werden kann. Danach suchen diese Länder ja auch.

Ihr Projekt ist in einem Stadium, das für die Normierung des Deutschen Zukunftspreises sehr wichtig ist, es ist in der wirtschaftlichen Umsetzung. Wie sieht denn der Markt für das Produkt generell und wie sind die Erfolgsaussichten für Ihr Projekt oder Produkt?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
In Spanien haben wir bereits einen großen Markt, der durch das dortige Einspeisegesetz getrieben wird, genauso wie in Deutschland der Photovoltaik- und Windmarkt durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) getrieben wird. Es gibt einige Länder, die folgen: Italien hat das vor, Griechenland hat Ähnliches verabschiedet, in Portugal gibt es Vorbereitungen hierfür.
Es gibt einen Markt in Nordafrika, da werden drei Kraftwerke gebaut, die Golfstaaten interessieren sich für diese Kraftwerkstechnik, in Abu Dhabi wird ein solches Kraftwerk gebaut werden, Saudi-Arabien hat Interesse bekundet - von daher wird einiges kommen. Ein anderer wichtiger Markt in naher Zukunft werden voraussichtlich die USA sein. Dort gibt es den großen Wunsch nach erneuerbaren Energien in vielen Staaten des Südwestens der USA, allen voran Kalifornien. Und dort gibt es auch Ziele für den Anteil erneuerbarer Energien, der in den kommenden Jahren deutlich steigen soll. Das ist im Grunde am ehesten mit solarthermischen Kraftwerken zu erreichen, weil andere Ressourcen zur Deckung des hohen Spitzenstrombedarfs in dieser Region begrenzt sind. Es müssen nur noch die richtigen Hebel umgelegt werden, damit die Randbedingungen stimmen. Wir hoffen, dass das spätestens im nächsten Jahr passiert und dann die Rahmenbedingungen so gut sind, dass dort ein großer Markt entstehen kann.

Dafür haben Sie in Spanien eine Produktionsstätte aufgemacht und in den USA ist eine in Planung ...

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ja, wir haben hier in Mitterteich im August 2006 mit der Produktion begonnen und inzwischen eine weitere Produktionslinie in Spanien gebaut, in der Nähe von Sevilla. Wir sind auch gerade dabei, in den USA einen Standort aufzubauen – in Albuquerque in New Mexico –, um für den amerikanischen Markt vorbereitet zu sein. Dort planen wir, zwei weitere Fertigungslinien aufzubauen. Mit den Standorten Sevilla und Albuquerque wollen wir die Fertigungskapazität im nächsten Jahr in der Summe gegenüber der ersten Linie in Mitterteich bereits verfünffachen.

Ist da eine neue Variante von  „hier erfunden, woanders umgesetzt“…?
Das ist ja der große Vorwurf, der vielen innovativen Unternehmen gemacht wird.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Diese Kritik steht im Raum, doch sie ist differenziert zu sehen.
Deutschland ist und bleibt der Hauptstandort für diese neue Produktlinie.
Wir haben hier in Deutschland eine Produktion, in der wir alle neueren Entwicklungen zuerst umsetzen. Entwicklung und Vertrieb sind hier angesiedelt, und das Geschäft wird von hier aus gesteuert. Und es ist auch so, dass unsere Produktionsstätten – gerade die in Spanien – zu ganz wesentlichen Teilen auch mit Vormaterial aus Deutschland beliefert werden. Auch bei einer Fertigung in Spanien entsteht ein Teil der Wertschöpfung, die ich insgesamt – wenn man auch alle Zuliefererteile sieht – mit über 50 Prozent taxieren würde, hier aus Deutschland. Wir versuchen, Win-Win-Situationen herzustellen: unsere Stärken hier in Deutschland nutzen, aber auch in den Märkten produzieren!

Gibt es eigentlich Wettbewerber?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Wir haben einen Mitbewerber in Israel. Dessen Produkt baut auf der Receiver-Technologie auf, wie sie bereits in den Achtzigerjahren in den USA eingesetzt wurde.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Die von uns in die Technologie eingebrachten Innovationen sind patentrechtlich abgesichert. Es ist nicht ausgeschlossen, dass es in einen wachsenden Markt irgendwann weitere Wettbewerber geben wird. Ich denke, wir haben heute eine ganz ausgezeichnete Startposition.

Ist Ihr Produkt eigentlich auch etwas für den „normalen“ Menschen? Das heißt: Ist dieses Prinzip in Klein für die Einzelnutzung denkbar??

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Für das Prinzip kann ich das bejahren: Es gibt Leute, die darüber nachdenken, das in kleineren Einheiten zu machen, etwa Parabolspiegel nicht mit sechs Metern Breite, sondern nur mit 1,50 oder zwei Metern. Das sind jedoch Lösungen, die man typischerweise auf ein Industrieflachdach stellen kann. Damit kann man Prozesswärme im Temperaturbereich von 150 bis 200°C gewinnen, die in einem Industriebetrieb gebraucht wird, oder zur solaren Kühlung. Aber für den Eigenheimbesitzer ist das nicht interessant.

Sie haben in der Entwicklung Ihres Projektes auch mit Partnern, mit Universitäten zusammengearbeitet. Wie ging das vonstatten?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Es gab verschiedene Teilprojekte für die einzelnen Schlüsseltechnologien; für jedes dieser Teilprojekte wurden bei Bedarf ein oder mehrere externe Partner gesucht.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Wenn solche Arbeiten an Institute gehen, ist es ja typischerweise so, dass diese im Labormaßstab arbeiten. Wenn dort eine Beschichtung hergestellt wird, dann erst einmal auf ein kleines Substrat. Ein großer Teil der Entwicklungsarbeit besteht darin, die Ergebnisse produktionsfähig zu machen und beispielsweise auf ein vier Meter langes Rohr aufzubringen ...

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
... und das mit einem Verfahren, dass massenproduktionstauglich ist.

Demnach war die Umsetzung für eine massentaugliche Produktion ein wesentlicher Bestandteil des Projektes! Und wie lief das hier im Haus? Sie mussten das Ganze ja auch vermutlich intern durchsetzen und die Mittel dazu bekommen.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Es war zunächst ein etwas exotisches Projekt für einen klassischen Halbzeuglieferanten, das muss man ganz klar sagen. Der Receiver ist ein hochtechnologisches Produkt, das aus vielen Einzelkomponenten besteht. Am Standort Mitterteich wurden vorher im Wesentlichen Glasrohre für die Weiterverarbeitung hergestellt.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das stimmt, es war am Anfang für uns hier am Standort schwierig, das Projekt anzustoßen. Für den Einstieg in die Entwicklung hat uns damals sehr geholfen, dass wir eine Förderung vom BMU bekommen haben. Allerdings war das auch zu einer Zeit, als Schott neue Geschäftsfelder evaluiert und auch die Solarenergie als solches identifiziert hat. Damit ging einher, dass Schott mit RWE ein Joint Venture zur Photovoltaik eingegangen ist. Nach den – ich würde sagen: üblichen – Anfangsproblemen gab es für uns die direkte und starke Unterstützung der Konzernleitung, die Entwicklungen zum Receiver voranzutreiben.

Aber doch noch ein bisschen exotisch?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Es war ein bisschen exotisch und die Markteinführung war schwierig. Das Ganze hing an ersten Projekten, die dann tatsächlich in Spanien und USA realisiert werden mussten. Und wie das immer so ist mit ersten Projekten: Die kommen, und dann kommen sie doch nicht, und das dauert ... Und man muss natürlich auch ein Stück weit Geduld einfordern, doch es hat dann letztendlich geklappt.

Haben Sie auf dem Weg mal das Gefühl gehabt, dass das nichts wird? Gab es auch mal so ein richtiges Tief?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Es ging immer auf und ab ...

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Aber gerade an dem Punkt, da man das Gefühl hatte: Jetzt wird noch mal kurz in den Leerlauf geschaltet - da ging es dann wieder mit doppelter Geschwindigkeit weiter. Insgesamt hatten wir die ganze Zeit durch ein hohes Tempo – bis auf eine kurze Phase vor dem ersten Kraftwerksauftrag.

Übrigens: Wie lange dauert es, bis ein solches Kraftwerk erstellt ist?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Man braucht erst eine lange Zeit, um das Projekt zu entwickeln, sprich, zu identifizieren, wo man es macht, bis die Finanzierung steht, alle Genehmigungen da sind, bis man Netzanschluss hat und, und, und. Das sind viele Dinge, die zunächst formal zu regeln sind. Wenn es dann tatsächlich losgeht mit dem Bau – also wenn die Raupen anrollen, um das Gelände zu planieren –, dann dauert es rund zwei Jahre.

Ihr Projekt ist durch die Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis als innovatives Projekt gewürdigt worden. Was bedeutet denn Innovation für Sie?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Unsere Marketingleute haben dafür eine relativ einfache Definition: alles, was den Kunden einen Mehrnutzen bringt!
Das ist natürlich eine starke Verkürzung – Innovation ist etwas, das am Ende ein neues technisches Produkt oder ein wesentlich verbessertes technisches Produkt hervorbringt, und das gleichzeitig eine Relevanz hat, indem es jemandem nutzt.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Ich würde ebenfalls sagen: das Novum - aber eben gepaart mit dem Nutzen, der erkennbar sein muss.

Was ist Erfolg für Sie?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Erfolg in diesem Projekt ist für mich, dass es uns gelungen ist, aus der Entwicklung heraus relativ schnell eine Produktion aufzubauen. Erfolg war das schnelle Wachsen, die Kraftwerke wirklich entstehen zu sehen. Und auch die Arbeitsplätze entstehen zu sehen, das ist für mich Erfolg.

Und was ist Kreativität für Sie in diesem Kontext?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Ein Aspekt betrifft die Fähigkeit, über bekannte Lösungen hinauszudenken, die bekannte Lösung auch bewusst auszuklammern und dann auch den Freiraum zu haben, ganz neue Ansätze durchzuspielen. Das haben wir hier sehr gut umsetzen können: auch mal experimentieren und dadurch neue Erkenntnisse gewinnen. Es ist doch oft so, dass man eine Idee hat und noch kein scharfes Bild davon, welchen Nutzen sie bringen kann. Man stolpert gewissermaßen erst beim Ausprobieren über einige Erkenntnisse.
Das war hier beispielsweise bei der konstruktiven Lösung der Endbauteile so: Wir haben zuerst nur an die Verbesserungen des Wirkungsgrades gedacht, und in der Umsetzung haben wir festgestellt, dass sich die neue Lösung auch sehr positiv auf die Lebensdauer und Haltbarkeit der Bauteile auswirkt.

Ist das, was Sie jetzt gerade als Kreativität beschrieben haben, auch das Ergebnis von Bildung und Ausbildung?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Bildung hilft jedem, gerade wenn es darum geht, einen technologischen Transfer oder auch eine völlig neue Idee zu entwickeln. Dazu kommt natürlich auch die Fähigkeit zur Abstraktion.

Ketzerisch gesagt ist es dann ein glücklicher Zufall, dass Sie Physiker sind und nicht nur  „Technikmenschen“ am Projekt gearbeitet haben ...

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Es gibt in der Entwicklung sicher die beiden Ebenen, etwas Vorhandenes auf den besten Schliff hin zu optimieren, und dann eben diese zweite Ebene, die über die bekannte Lösung hinausgeht. In unserem Projekt ist die Innovation auch durch die Heterogenität des Teams entstanden, die sich unter anderem in den verschiedenen Ausbildungen widerspiegelt.

Wie wichtig ist in einem solchen Entwicklungsprozess Disziplin?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ganz wichtig. Man muss natürlich die kreativen Freiräume haben, aber ab einem gewissen Punkt muss man sich darauf fokussieren, dass man die Dinge zu Ende bringt.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
In dieser Beziehung waren wir ein sehr gutes Team. Es gab zunächst sehr viele Ideen, die von Nikolaus Benz als Projektleiter sehr genau sortiert und priorisiert wurden. Eine erfolgreiche Entwicklung setzt eine klare Richtungsvorgabe voraus.

Wie groß war das Team, das daran gearbeitet hat?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Das ist schwierig zu sagen, weil wir zahlreiche Hilfskräfte von außen hatten. Zehn bis 15 Personen am Anfang, so in der Größenordnung.

Wie groß ist jetzt Ihr Team hier in Mitterteich?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
In der Entwicklung am Standort arbeiten rund 20 Mitarbeiter. Wir haben aber bei Schott auch eine zentrale Entwicklung in Mainz, an die wir einige Aufträge vergeben.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Inzwischen ist aus dem Entwicklungsprojekt bereits ein eigener Geschäftsbereich geworden. Deshalb sind hier am Standort neben der Entwicklung auch das Produktmanagement und der Vertrieb gewachsen – und natürlich die Produktion, die auch für die anderen Standorte Einzelkomponenten fertigt.

Jetzt möchten wir gerne noch etwas Persönlicheres von Ihnen wissen: Was wollten Sie eigentlich als Kind werden? Immer schon Physiker? Wann hat sich der Wunsch, Physik zu studieren, gefestigt?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Das war bei mir eine kurzfristige Entscheidung unmittelbar vor dem Studienbeginn. Ich bin dann schon während des Studiums relativ früh an der Solarenergie hängen geblieben – bis heute.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ich hatte in der Schule schon immer mehr Mathe und Physik. Zwar habe ich mal kurz mit dem Gedanken gespielt, ob nicht Architektur etwas für mich wäre, aber dann doch anders entschieden.

Gab es irgendwie Vorbilder oder Ereignisse, die Ihre Berufswahl beeinflusst haben?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ich könnte das jetzt nicht an irgendeinem Ereignis festmachen. Physik fand ich schon immer spannend. Es gibt ja auch viele große Physiker, nicht nur Albert Einstein, die viele interessante Dinge gemacht haben.

Gibt es etwas, worauf Sie in Ihrem beruflichen und/oder (privaten) Leben besonders stolz sind, oder irgendwas, was Sie hätten anders machen wollen?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Stolz ... das ist ein schwieriger Begriff. Mit meinem beruflichen Lebensweg bin ich im Wesentlichen zufrieden. Natürlich gibt es ein oder zwei Punkte, bei denen man sagt, da hätte man etwas anders machen können. Dass uns dieses Projekt gut gelungen ist - und auch wirtschaftlich eine gewisse Größe erreicht –, das motiviert. In der Entwicklung gibt es ja auch viele Projekte, die am Ende wieder in der Schublade verschwinden.
Stolz bin ich darauf, dass ich einen Sohn habe, und auch darauf, wie er sich entwickelt hat. Er ist jetzt 20 Jahre alt.

Und folgt der Ihnen in Richtung Physik?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Nein, überhaupt nicht. Er studiert Philosophie sowie allgemeine und vergleichende Literaturwissenschaften.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Stolz ist für mich ebenfalls ein schwieriger Begriff in diesem Zusammenhang. Aber richtig ist, dass sich mit dem Produkt auch Emotionen verbinden – obwohl es ein technisches Produkt ist. Natürlich gibt es auch viele Erinnerungen an Dinge, die weniger gut gelaufen sind. In der Bilanz sind das aber sicher mehr positive als negative Eindrücke. Ich empfinde es zudem als Glück, das ich eine Produktentwicklung von der ersten Idee bis zur Massenproduktion begleiten konnte. Da ist der bildliche Vergleich zum Baby, das langsam heranwächst, nicht so weit hergeholt.

Womit motivieren Sie sich eigentlich? Und was macht Sie so richtig sauer?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Natürlich gibt es Dinge, von denen man glaubt dass sie richtig sind und es keine andere Möglichkeit gibt, als sie so zu tun, wie man das meint. Und andere sind da grundsätzlich anderer Meinung oder so weit weg von den Dingen und meinen trotzdem, dauernd dazu ihre Meinung durchdrücken zu müssen. Das kann einen schon so richtig auf die Palme bringen.

Was motiviert Sie?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Dass ich sehe, dass es vorangeht. Dass es wächst, dass es weitergeht! Und wir haben noch viel vor.

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Wenn man in einem der neuen Solarkraftwerke steht und die Dimension der Technologie wahrnimmt– das motiviert mich auch sehr. Als die ersten Testrohre nach mehreren Jahren Entwicklungsarbeit eingebaut waren und Strom produzierten, war das ein Licht am Horizont. Wenn die Rohre heute in großen Containern das Werk verlassen und man sie ein paar Monate später in Quadratkilometer große Solarfelder eingebaut sieht, ist das ein erhebendes Gefühl.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Beim ersten Mal ist das natürlich ein ganz besonderer Moment. In der Weiterentwicklung ist es etwas anders. Nicht von der Qualität her, sondern weil sich in der Entwicklung die Organisation verfestigt und sich Strukturen verändern aufgrund der wachsenden Zahl der Leute, die eingebunden sind. Da geht das pionierhafte Element ein wenig verloren.

Wobei können Sie Raum und Zeit vergessen? Was tun Sie, wenn Sie sich nicht mit Receivern beschäftigen?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Die Zeit, die übrig bleibt, versuche ich mit meiner Frau und meinen beiden Kindern zu genießen. Und dann gibt es bei mir auch noch einen Garten als raum- und zeitlose Zone.

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ich bin zeitlich ganz gut ausgelastet, da gibt es relativ wenige Gelegenheiten abzuschalten. Die freie Zeit verbringe ich gerne mit meiner Familie. Am besten entspannen kann ich bei fesselnder Lektüre. Leider bleibt wenig Platz für andere Aktivitäten.

Und nun noch die letzte Frage: Welchen Traum möchten Sie sich noch erfüllen? Was wollen Sie in Ihrem Leben noch mal tun?

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Realistisch oder nur so gesponnen? Auf den Mond will ich nicht.
Ich will das – unser – Projekt einfach noch deutlich wachsen sehen. Das soll richtig groß werden. Bisher ist alles wunderbar gelungen - aber es ist immer noch ein Anfang. Und das wäre ein Wunschziel, diesen Dimensionssprung der Technologie zu erleben, also diese 300 x 300 Kilometer in der Sahara mit unseren Receivern zu füllen.

Und welchen Traum gibt es noch bei Ihnen?

Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn
Die Mondrakete müsste zumindest einen Solarantrieb haben, damit ich einsteigen würde. Was das Projekt betrifft, da hoffe ich natürlich auch, dass es so weitergeht.

Und in zehn Jahre gehören Sie zu den Urvätern ...

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Ja, schrecklich, da werden wir dann nur noch zu Vorträgen eingeladen!

Oder Sie stehen bereits im Museum – im Deutschen Museum!

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Lebenslauf

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz

25.05.1960
geboren in München
1979
Abitur
1980 – 1987
Studium der Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität, München
1987 – 1988
Diplomarbeit an der Ludwig-Maximilians-Universität, München
1989 – 1993
Promotion in Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität, München
Thema: „Direkte solarthermische Prozessdampferzeugung“
1993 – 2001
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern), Würzburg, Leiter der Gruppe Kollektorentwicklung
1999 – 2000
Forschungsaufenthalte in Slowenien im Rahmen einer Wissenschaftskooperation mit dem dortigen Nationalen Chemieinstitut
2001 – 2007
Entwicklungsleiter im Geschäftsfeld Solar, Schott Rohrglas GmbH, Mitterteich
2007
Übergang in die Schott Solarthermie GmbH, Entwicklungsleiter, Prokura
seit 2008
Geschäftsführer der Schott Solar CSP GmbH, Mitterteich

Ehrungen:

2004
Bayerischer Energiepreis, Anerkennung für herausragende innovative Leistungen in der Energietechnik
2004
Schott Visionspreis für marktorientierte Organisation (2. Sieger)
2007
Schott Global Competitiveness Award, Schott Receiver for Nevada Solar One - Build up of new Business Solar Thermal/Receiver

Weitere Tätigkeiten:

seit 2007
Vice President der European Solar Thermal Electricity Association (ESTELA), Brüssel, Belgien

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Dr.-Ing. Thomas Kuckelkorn

26.03.1967
geboren in Hannover
1986
Abitur
1988
Studienbeginn an der Ludwig-Maximilian-Universität, München
1994
Diplom in Physik, Lehrstuhl für Thermodynamik, Ludwig-Maximilian-Universität, München
1995 – 2001
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Entwerfen und Gebäudetechnik, Prof. Dr. (Univ. Rom) Th. Herzog, Technische Universität München, Projektarbeit im Bereich Solare Gebäudetechnik
1999
Gastwissenschaftler Lawrence Berkeley National Laboratory, San Francisco, USA
1998 – 2001
freiberufliche Tätigkeit als Lichtplaner
2002

Promotion, Technische Universität München

2001 – 2006
Projektleiter Entwicklung BS Solarthermie, Schott-Rohrglas GmbH, Mitterteich
2006
Leiter Entwicklung Hochtemperatursysteme, BS Solarthermie, Schott-Rohrglas GmbH, Mitterteich
2007
Leiter Produktion Rohmodul, Schott Solar Thin Film GmbH, Jena

Ehrungen:

2000
Bayerischer Energiepreis, Anerkennung (Nichtabbildende Optik für die Tageslichtnutzung)
2002
Promotionspreis, Bund der Freunde der Technischen Universität München
2004
Bayerischer Energiepreis, Anerkennung (Receiver)

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Kontakt

Projektsprecher

Dr. rer. nat. Nikolaus Benz
Vice President Developement and Technology
Schott Solar CSP GmbH
Erich-Schott-Straße
95666 Mitterteich
Tel.: +49 (0) 9633 / 80 401
E-Mail: nikolaus.benz@schottsolar.com
Web: www.schottsolar.com

Pressekontakt

Public Relations Manager
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Carl-Zeiss-Straße 4
63755 Alzenau
Tel.: +49 (0) 6023 / 91 18 11
Fax: +49 (0) 6023 / 91 17 00
Mobil: +49 (0) 163 / 68 11 504
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Web: www.schottsolar.de