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2024-11-16T16:38:07Z

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Mit Hilfe der [[Solarenergie]] können [[chemische Reaktion]]en in Gang gesetzt werden. Das können photochemische oder solarthermische Reaktionen sein.

== Photochemische Entgiftung ==
Da das Sonnenlicht nicht genug UV-Strahlen zur Desinfektion von Abwässern oder Abgasen hat, muss zusätzlich ein geeigneter [[Katalysator]] eingesetzt werden. Die [[Europäische Union]] fördert Forschungsprojekte die zum Ziel haben derartige Photokatalysatoren zu entwickeln. Man strebt dabei an Singulett-Sauerstoff zu erzeugen, welches ein kurzlebiger, energiereicher Zustand des O2-Moleküls ist. [[Sauerstoff]] ist in diesem Zustand ein wirkungsvolles [[Oxidationsmittel]].

== Solarthermische Wasserstoffproduktion ==
Bei der solarthermischen Wasserstoffproduktion versucht man [[Wasserstoff]] für eine mögliche zukünftige [[Wasserstoffwirtschaft]] solar herzustellen. Dabei rückt nicht nur die Verwendung von Wasserstoff, sondern auch die Weiterverarbeitung zu [[Methanol]] immer mehr ins Blickfeld. Prinzipiell können die Verfahren mit oder ohne Zugabe von fossilen Brennstoffen erfolgen. Es gibt dabei verschiedene Wege, die alle noch nicht marktreif sind und im Vergleich zur [[Wasserstoffherstellung]] z. B. aus [[Erdgas]] mittels [[Dampfreformierung]] wesentlich teurer sind.

=== Solare Thermolyse ===
In Versuchsanlagen ist es gelungen, [[Wasser]] (H2O) direkt zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufzuspalten. Da für eine ''direkte Wasserspaltung'', die sogenannte solare [[Thermolyse]], Temperaturen notwendig sind, die mit [[Solarthermie|solarthermischen]] Anlagen noch nicht erzeugt werden können bzw. deren Handhabung aufgrund der Materialbelastung schwierig zu beherrschen und die Trennung der beiden Produkt-Gase nicht einfach ist, verwendet man oft ''thermochemische Kreisprozesse''.

=== Thermochemische Kreisprozesse ===
In diesem Verfahren erhitzt man ein [[Metalloxide|Metalloxid]] in einem Reaktor, der direkt durch konzentrierte Einstrahlung erhitzt wird und dabei Sauerstoff abspaltet. Die Reaktion lautet:

:<math>\mathrm{M_xO_y \longrightarrow x \ M +\frac{y}{2} \ O_2}</math>

Leitet man das [[Reduktion (Chemie)|reduzierte]] Metall ab und führt [[Wasserdampf]] zu, dann [[Oxidation|oxidiert]] es und bricht aus dem Wasserdampf den Sauerstoff und der gewünschte Wasserstoff kann eingefangen werden. Für diesen Prozess werden die Paare [[Zink-Zinkoxid-Verfahren|Zn/ZnO]] und Fe3O4/FeO favorisiert. Mit diesem Verfahren sind theoretisch Prozesswirkungsgrade von bis zu 40 Prozent möglich.

== Fuel upgrading ==
Die dritte wichtige Anwendung stellt das Fuel-Upgrading dar. Dabei werden herkömmliche [[Fossile Energie|fossile Brennstoffe]] wie [[Kohle]], [[Methan]] und Nebenprodukte der [[Erdölraffinerie]] sowie auch Biomasse zu höherwertigem Wasserstoff verarbeitet. Dazu bietet sich das thermische Cracking an:

:<math>\mathrm{C_xH_y \longrightarrow x \ C + \frac{y}{2} \ H_2}</math>

Diese Reaktionen sind stark [[Endotherme Reaktion|endotherm]]. Der verbleibende Kohlenstoff wird nicht in Form von [[Kohlendioxid]] in die Umwelt abgegeben. Angewendet auf Methan ergibt diese Reaktion aber einen kleineren Elektrizitätsoutput, als wenn das Methan direkt in einem [[GuD-Kraftwerk]] verbrannt werden würde.

Die zweite Methode stellt die solare [[Dampfreformierung]] dar.

:<math>\mathrm{C_xH_y + x \ H_2O \longrightarrow x \ CO + \left(\frac{y}{2}+x\right) \ H_2}</math>

Falls als Ausgangsstoff [[Kohle]] gewählt wird, spricht man von solarer [[Vergasen|Vergasung]]. Auch diese Reaktionen sind stark endotherm. Die notwendige [[Wärme]] wird jedoch nicht wie üblich durch die [[Verbrennung (Chemie)|Verbrennung]] eines Teils des Brennstoffes erzeugt, sondern durch solare Wärme.
Beispielsweise wird heute 48 % des Wasserstoffs aus Methan hergestellt. Dabei muss etwa 30 % des Methans verbrannt werden, um die endotherme Reaktion anzutreiben. Durch die solare Dampfreformierung wird kein CO2-neutraler Wasserstoff hergestellt, doch wird der CO2-Ausstoß deutlich verringert.

== Weblinks ==
* [http://www.fv-sonnenenergie.de/index.php?id=60 Sonnenlicht für chemische Reaktionen]
* [https://www.psi.ch/lst/ Paul-Scherrer-Institut]
* [https://www.heise.de/tp/features/Solare-Thermochemie-3404030.html Solare Thermochemie]
* [http://www.vistaverde.de/news/Wissenschaft/0410/18_sonnenofen.php Vistaverde-Artikel über Solarchemie am DLR (s.u.)]
* [http://www.dlr.de/sf/ Institut für Solarforschung] am [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt]] (DLR)

== Literatur ==
* {{Literatur
|Hrsg=Manfred Becker, Karl-Heinz Funken
|Titel=Solarchemische Technik. Solarchemisches Kolloquium 12. und 13. Juni 1989 in Köln-Porz Tagungsberichte und Auswertungen
|Band=Band 1: ''Grundlagen der Solarchemie''
|Verlag=Springer
|Ort=Berlin / Heidelberg
|Datum=1989
|ISBN=978-3-540-51336-0}}
* {{Literatur
|Hrsg=Manfred Becker, Karl-Heinz Funken
|Titel=Solarchemische Technik. Solarchemisches Kolloquium 12. und 13. Juni 1989 in Köln-Porz. Tagungsberichte und Auswertungen
|Band=Band 2: ''Solare Detoxifizierung von Problemabfällen''
|Verlag=Springer
|Ort=Berlin / Heidelberg
|Datum=1989
|ISBN=978-3-642-83842-2
|DOI=10.1007/978-3-642-83842-2}}

[[Kategorie:Solarenergie]]
[[Kategorie:Teilgebiet der Chemie]]
[[Kategorie:Photochemie]]

Solarchemie - Versionsgeschichte

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