Väte är det vanligaste grundämnet i universum. Men här på jorden är det ganska sällsynt. Det är olyckligt, för i vår värmande värld gör dess status som ett utsläppsfritt bränsle det till en eftertraktad kemikalie. Om tyska forskare är framgångsrika, deras Synlight projektet kommer att bidra till att förnybart vätebränsle blir verklighet.
Synlight, kallad den 'konstgjorda solen', använder koncentrerat ljus för att driva Termokemisk vattenklyvning (TWS.) Varje skolbarn vet att du kan producera väte genom elektrolys—att leda en elektrisk ström genom vatten. Men det går åt enormt mycket el. TWS kan vara ett bättre sätt att få ut väte ur vattnet, men det tar en enorm mängd energi också, och det är vad den tyska forskningen handlar om.
När det förbränns med rent syre - inuti en bränslecell till exempel - är vätes enda avfallsprodukt vatten. Inga växthusgaser eller partiklar produceras. Men om vi vill använda den för att driva våra bilar, bussar, lastbilar och till och med flygplan behöver vi enorma mängder av den. Och vi måste producera det kostnadseffektivt.
'Förnybar energi kommer att vara stöttepelaren i den globala kraftförsörjningen i framtiden.' – Karsten Lemmer DLRs styrelseledamot
Tanken är att använda värmen som genereras av Koncentrerad solenergi (CSP) för att utvinna väte ur vatten, och därigenom eliminera behovet av elektricitet. CSP-system använder speglar eller linser för att koncentrera ett stort område av solljus till ett litet område. Värmen från den åtgärden kan användas för att driva TWS. Synlight-projektet i Tyskland demonstrerar lönsamheten hos TWS genom att efterlikna effekten av koncentrerat solljus. Genom att göra det bygger forskare där vad som kallas världens största konstgjorda sol.
Var och en av Synlights 149 zenon-kortbågslampor kan styras individuellt. Bild: DLR/Synlight/Markus Hauschild
Tyska forskare vid German Aerospace Center (DLR) i Julich nära Köln byggde Synlight, ett system med 149 högeffektslampor av den typ som används i filmprojektioner. När alla dessa lampor är påslagna producerar Synlight ljus som är cirka 10 000 gånger mer intensivt än naturligt solljus på jorden. När alla lampor är riktade mot en enda punkt genererar Synlight temperaturer upp till 3000 Celsius. Utmaningen nu är att utveckla material och processer som kan fungera i så extrema temperaturer.
Det 15 meter höga Synlight-experimentet är inrymt i denna byggnad i Julich. Byggnaden innehåller 3 separata strålningskammare för olika experiment. Bild: DLR CC By 3.0
Själva Synlight-systemet använder en enorm mängd el för att fungera. Men det är ofta fallet med experimentanläggningar. Synlight-projektet kommer att efterlikna effekten av intensiv, kontinuerlig solenergi, något som inte är lättillgängligt i Tyskland. Genom att bygga en testanläggning som drivs av el kommer forskare att kunna utföra experiment på ett tillförlitligt sätt utan att försenas eller påverkas av molnigt väder.
'Bränsle, drivmedel och brännbart material som förvärvats med solenergi erbjuder en enorm potential för långtidslagring och produktion av kemiska råvaror och minskning av koldioxidutsläpp. Synlight kommer att förbättra vår forskning inom detta område.' – Karsten Lemmer, DLRs styrelseledamot
Som Johannes Remmel, Nordrhein-Westfalens klimatskyddsminister, sa: ''Vi måste expandera befintlig teknik på praktiska sätt för att uppnå mål för förnybar energi, men energiomställningen kommer att vackla utan investeringar i innovativ forskning, i statlig- den senaste tekniken och i globala fyrprojekt som Synlight.'
DLR är involverat i solkraftstornet PS10 i Spanien. PS10 är världens första kommersiella koncentrerade solkraftstorn. Bild: Av afloresm – SOLUCAR PS10, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2821733
Detta är inte det tyska flygcentrets första satsning på koncentrerad solenergi. De är involverade i ett antal projekt för att främja koncentrerad solenergi och uppdelning av termiskt vatten. DLR är en partner i Hydrosol II pilot i Spanien. Det är en reaktor för produktion av termokemiskt väte från solenergi som har varit i drift sedan 2008. De är också involverade i den första kommersiellt drivna soltornsanläggningen, ett 11 megawatt-system i Spanien som kallas PS10 solkraftstorn.