Wasser und Kohlendioxid (CO2) sind auf der Erde in großen - ja übergroßen - Mengen vorhanden. Wie schön wäre es, wenn man diese fast allgegenwärtigen und praktisch kostenlosen Rohstoffe in etwas Nützliches verwandeln könnte, etwa unter Einsatz von Sonnenlicht.Forschern an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich ist dies nun in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Caltech in Pasadena, Kalifornien, zum ersten Mal gelungen, wie sie in Science (Bd. 330, Nr. 6012, S. 1797-1801) berichteten. Sie stellten aus CO2 und Wasser in einem Solar-Reaktor sogenanntes Synthesegas her, Ausgangsprodukt für Kraftstoffe wie Öl, Benzin oder Diesel. "Die zugrunde liegende Idee besteht darin, Wasser und CO2 thermochemisch mit Hilfe eines zwei-stufigen Metalloxid-Redox-Kreisprozesses aufzuspalten", sagt Aldo Steinfeld, Professor für erneuerbare Energieträger an der ETH.Es ist nur ein relativ kleiner Versuchsaufbau im Labor für Solartechnik am Paul-Scherrer-Institut der ETH: 20 Zentimeter im Durchmesser und knapp einen halben Meter hoch. Aber in seinem Inneren spielen sich dramatische chemische Vorgänge ab. Hier wird in einer gut isolierten Kammer ein Zylinder aus Ceroxid, klein wie ein Handy, mit Licht in etwa 50 Minuten auf mehr als 1500 Grad Celsius aufgeheizt.Sauerstoff wird freiBei diesen Temperaturen gibt das Material den in ihm gebundenen Sauerstoff ab und verwandelt sich in metallisches Cer. Anschließend kühlen die Forscher das Gefäß auf 900 Grad herunter und leiten rund zehn Minuten lang Kohlendioxid und/oder Wasserdampf ein. Das metallische Cer entreißt diesen Substanzen begierig einen großen Teil ihrer Sauerstoffatome und bindet diese wieder fest an sich, so bildet sich wieder wie vorher Ceroxid.Von den eingeleiteten Gasen bleibt ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff übrig, Synthesegas genannt. In der Industrie werden aus diesem Gasgemisch flüssige Kraftstoffe hergestellt. Möglich wird das Ganze durch den Einsatz eines Sonnensimulators. Er kann mit Hilfe von Bogenlampen extrem starkes Licht produzieren. Im aktuellen Experiment erreichte er Strahlungsintensitäten, die etwa 1500 Sonnen entsprachen. Maximal lassen sich Prozesstemperaturen bis 3000 Grad Celsius erreichen. Dieser Sonnensimulator wurde aufgebaut, weil das ETH-Institut damit Versuche zur thermo-chemischen Umwandlung von konzentrierter Solarenergie machen wollte.Saubere EnergieDenn Sonnenenergie ist sauber und unerschöpflich; sie ist aber nicht dauernd verfügbar und außerdem ungleichmäßig über die Erdoberflache verteilt. Es stellt sich deshalb die Frage: Wie kann man Sonnenenergie speichern, um diese von den sonnigsten Flecken der Erde in die industrialisierten Zentren zu transportieren, wo die meiste Energie benötigt wird?Am besten wäre es, Sonnenlicht in chemische Energieträger umzuwandeln, etwa in Form von flüssigen Kraftstoffen, die lange gespeichert und über weite Strecken transportiert werden können. Damit könnte man nicht nur Autos, Schiffe und Flugzeuge antreiben, sondern die gesamte nach Öl lechzende Weltwirtschaft nachhaltig versorgen. Das neue Verfahren wäre eine Möglichkeit, dies zu realisieren.Bisher ist der Wirkungsgrad in der Versuchsanlage noch gering; er beträgt weniger als ein Prozent. "Trotzdem ist das ein Weltrekord bei der solaren Erzeugung von Synthesegas", betont Philipp Furler, der hier seine Doktorarbeit macht. "Wir haben noch viele Möglichkeiten, die Effizienz zu erhöhen." Zurzeit sind Steinfeld und seine Gruppe dabei, den Solar-Reaktor so zu optimieren, dass er auch in großem Megawatt-Maßstab in Solarturmanlagen eingesetzt werden kann. Solche Anlagen sind bereits kommerziell zur Stromerzeugung im Einsatz.Steinfeld glaubt jedoch, dass noch große Anstrengungen nötig sind, bevor seine Solarreaktortechnologie in der Praxis eingesetzt wird. "2020 sollten wir aber so weit sein, dass die erste industrielle Solartreibstoff-Anlage in Betrieb gehen und einen zentralen Beitrag zur nachhaltigen Energieerzeugung der Zukunft leisten kann", sagt er.DOI: 10.1126/science.1197834------------------------------Wie transportiert man Sonnenlicht?Solarkraftwerke im Süden arbeiten effizienter. Um die Energie zu uns zu bringen, sind Speichermedien erforderlich. Das könnte Wasserstoff sein, der entweder als Gas oder in flüssiger Form mit Tankern oder in Pipelines transportiert wird. Besser wären allerdings konventionelle Kraftstoffe, denn für diese gibt es bereits die nötige Infrastruktur.Auch in Form von Strom könnte man das Sonnenlicht nach Norden bringen. Dies ist bisher aber mit großen Verlusten verbunden, und Riesen-Investitionen in neue Leitungen wären nötig.------------------------------Foto: Philipp Furler (rechts) und Professor Aldo Steinfeld verfolgen ein Experiment mit ihrem solaren thermochemischen Reaktor zur Treibstoffgewinnung.