(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.