Wie die Sonnenwärme helfen könnte, Stahl und Zement zu reinigen

Der solarthermische Standort von Heliogen in Lancaster, Kalifornien.

Der solarthermische Standort von Heliogen in Lancaster, Kalifornien.Mit freundlicher Genehmigung von Heliogen

Im Laufe der Jahre haben verschiedene Start-ups und Forschungsgruppen das Versprechen von solarthermischen Anlagen verkündet, die eine große Anzahl von Spiegeln verwenden, um das Sonnenlicht zu konzentrieren und aus der entstehenden Wärme Strom zu erzeugen. Aber das Feld hat Mühe, billigen Strom zu produzieren und auf dem Markt Fuß zu fassen, selbst als die Preise für Solarmodule gesunken sind.

Der Serienunternehmer Bill Gross glaubt jedoch weiterhin fest an die Technologie. Am Dienstag Gross, der Vorsitzende des Gründerzentrums Idealab und CEO des früheren Solarthermieunternehmens eSolar, kündigte ein Unternehmen an, das den Stromteil überspringt und die Wärme direkt in industriellen Prozessen nutzt.



Heliogen plant, höhere Temperaturen als frühere kommerzielle Anlagen zu erreichen – genug Wärme, um Dinge wie Zement, Stahl und Wasserstoff zu produzieren. Die Hoffnung ist, dass diese Solarwärme die fossilen Brennstoffe ersetzen könnte, die normalerweise benötigt werden, um die notwendigen Reaktionen anzutreiben und die dabei entstehenden Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Wenn es wie erhofft funktioniert, könnte es ein entscheidendes Stück im Dekarbonisierungs-Puzzle liefern. Ein Bericht Oktober vom Center for Global Energy Policy der Columbia University fanden heraus, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Wärme für industrielle Prozesse etwa 10 % der globalen Kohlendioxidemissionen verursacht, mehr als alle Autos der Welt.

Es gäbe jedoch Einschränkungen, wo und wie diese Technologie angewendet werden könnte. Konzentrierte Solaranlagen funktionieren im Allgemeinen nur in sehr sonnigen Gebieten und Sie können Wärme nicht über große Entfernungen transportieren. Industrieunternehmen, die sich dieses Verfahren zunutze machen wollen, müssen also möglicherweise neue Anlagen in der Nähe dieser solarthermischen Anlagen errichten oder umgekehrt.

Die Mitte der Wüste ist normalerweise kein Industriezentrum, sagt Julio Friedmann, Senior Research Scholar am Center for Global Energy Policy und Hauptautor des Berichts.

Heliogen mit Sitz in Pasadena, Kalifornien, muss noch beweisen, dass die Technologie so funktioniert, wie sie behauptet, und das zu wettbewerbsfähigen Kosten. Das Unternehmen beschäftigt etwa 25 Mitarbeiter, lehnt es jedoch ab, die gesammelten Gelder offenzulegen.

Eine Standard-Solarthermieanlage erreicht Temperaturen von knapp unter 600 ˚C, um ein Medium wie Salzschmelze zu erhitzen. Das wiederum wird verwendet, um Wasser in Dampf umzuwandeln, der die Turbine antreibt, die Strom erzeugt.

Heliogens Trick besteht darin, hochauflösende Kameras und Computer-Vision-Software zu verwenden, um kleine Anpassungen an jedem seiner Spiegel vorzunehmen und jeden Sonnenstrahl auf einen einzelnen, winzigen Punkt auszurichten.

Das Unternehmen hat bereits eine kleine thermische Solaranlage in Lancaster, Kalifornien, gebaut, die Temperaturen über 1.000 °C erreicht hat. Gross sagt, dass es das erste Mal ist, dass solche Temperaturen in einer kommerziellen Anlage erreicht wurden, und die Pressemitteilung bezeichnet es als eine einzigartige wissenschaftliche Errungenschaft. Beobachter auf diesem Gebiet stellen jedoch fest, dass andere kommerzielle und Forschungsgruppen zumindest in begrenzten Experimenten ähnliche Temperaturen erreicht haben und dass der schwierigere Teil in jedem Fall darin besteht, Systeme zu entwickeln, die der Wärme standhalten, speichern und übertragen können.

Heliogen sagt, dass es verschiedene Medien, einschließlich Keramikpartikel, verwenden könnte, um Wärme an die Orte zu transportieren, an denen industrielle Prozesse durchgeführt werden. Bestimmte einstufige Prozesse, wie die Kalkherstellung, könnten jedoch direkt vor Ort durch die Solarspiegel erhitzt werden.

Aber das Startup muss auch Temperaturen über 1.000 ˚C erreichen (und halten), um einige der genannten Anwendungen durchzuführen. Stahlhochöfen arbeiten bei etwa 1.100 °C, während Zementöfen bei etwa 1.400 °C arbeiten, stellt das Center for Global Energy Policy fest. Und die Spaltung von Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff würde Temperaturen um 1.500 °C erfordern, sagt Heliogen.

Gross sagt, dass die Technologie es ermöglicht, dies zu erreichen, und dass das Unternehmen nächstes Jahr auf dieses Ziel hinarbeiten wird. Aber eine technologische Roadmap ist keine Demonstration.

Wasserstoff, der normalerweise aus Erdgas gewonnen wird, wird in einer Vielzahl industrieller Prozesse verwendet, einschließlich der Herstellung von Ammoniak für Düngemittel. Eine saubere Form könnte die Emissionen in diesen Sektoren reduzieren, direkt als Kraftstoff wirken oder mit Kohlendioxid kombiniert werden, um energiedichtere Kraftstoffe herzustellen.

Angesichts der geografischen Beschränkungen wird Solarthermie die bestehenden Industriebetriebe wahrscheinlich nicht so schnell verdrängen, sagt Friedmann. Aber es könnte eine emissionsarme Alternative für zusätzliches Wachstum in diesen Sektoren bieten, insbesondere in Gebieten mit starker Klimapolitik, sagt er.

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