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Forschungsprojekt Synlight:

Die Sonne auf Erden

Im rheinischen Jülich betreibt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt den größten Solarlicht-Simulator der Welt.

Illustration Synlight Kinoprojektoren bilden Sonne nach

© Robert Albrecht / BDEW

Wenn sie ausgeschaltet ist, könnte die Anlage im rheinischen Jülich mit ihren vielen verspiegelten Reflektoren auch eine gute Kulisse für eine Diskothek ergeben. Oder für einen Science-Fiction-Film. Und wenn sie eingeschaltet ist? Das wird hoffentlich nie jemand erfahren. Denn Synlight strahlt so hell, dass ein Betrachter sofort erblinden würde. Es ist ein wenig wie mit Ikarus: Man darf der Sonne nicht zu nahe kommen. Wer beruflich mit Synlight zu tun hat, ist also gut beraten, das nicht aus unmittelbarer Nähe zu tun. Denn genau das ist Synlight: eine künstliche Sonne. Logische Konsequenz: Die Steuerung der Anlage erfolgt aus einem anderen Raum.

149 Kino-Leuchten bilden die Sonne nach

Warum das alles? Man will die Sonne so exakt wie möglich imitieren. Unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen – mit Projektoren, wie sie sonst in Kinosälen eingesetzt werden. Insgesamt 149 Xenon-Kurzbogen-Lampen sind deshalb in einer knapp 20 Meter hohen Industriehalle auf einer Fläche von 14 mal 16 Metern in der Form einer Parabel verbaut, jede einzelne Lampe mit einem Durchmesser von einem Meter.   

„Die Idee war, eine Anlage zu konstruieren, in der sich solarchemische Prozesse möglichst gut erforschen lassen“, sagt Dmitrij Laaber, der im Dienst des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt die Großforschungsanlage Synlight leitet. Der Vorteil von Xenon-Lampen? Mit ihnen lassen sich Frequenzspektrum und Intensität des Sonnenlichts gut nachbilden, sagen die Forscher. Bevor Synlight 2017 in Dienst ging, habe man nur im kleinen Labormaßstab arbeiten können – oder gleich die Jülicher Solartürme bemühen müssen: Diesen Namen trägt ein Solarkraftwerk, in dem mit Hilfe von mehr als 2000 beweglichen Spiegeln echtes Sonnenlicht auf zwei Türme gelenkt wird. „Zwischen Labor und Solartürmen liegt von der Leistung her ein Faktor 100“, sagt Laaber. „Deshalb waren wir auf der Suche nach einer Möglichkeit, die Sonne kontrolliert simulieren zu können.“

Synlight: Die künstliche Super-Sonne

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Das Ergebnis ist Synlight. Die Anlage ist nach Angaben des Betreibers der mit Abstand größte Sonnensimulator der Welt. Die 149 Lampen lassen sich jeweils über drei Achsen bewegen, mithin eng fokussieren oder auch auf die insgesamt drei Versuchsräume in der Halle aufteilen. 400 Kilowatt beträgt die Gesamtleistung. Richtet man alle Strahler und Reflektoren auf einen Fleck von zehn mal zehn Zentimetern, so entsteht eine Strahlung, die 10.000 mal intensiver ist als die natürliche Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche. Die Temperatur beträgt dann 3.000 Grad Celsius.

Auf der Suche nach grünem Wasserstoff

Aber was macht man mit so viel Intensität? Vor allem wird Synlight dazu genutzt, Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenlicht zu finden. Dazu wird Metall auf rund 800 Grad Celsius erhitzt und mit Wasserdampf umnebelt. Durch die hohe Temperatur reagiert das Metall mit dem im Wasser enthaltenen Sauerstoff zum Metalloxid. Übrig bleibt Wasserstoff – und der kann eingefangen werden. Bei noch einmal höheren Temperaturen wird das Metalloxid reduziert – sprich: der Sauerstoff wieder abgeschieden – und der Prozess kann von neuem beginnen.

Denkbar wäre diese Art der Wasserstoffproduktion in großen Solarkraftwerken wie etwa in Ouarzazate in der marokkanischen Wüste. „Das Verfahren ist weit über das Grundlagenstadium hinaus“, sagt Laaber. „Im Juni 2024 hat das Unternehmen Synhelion bereits die erste Demonstrationsanlage hier in Jülich eröffnet.“ Die erste kommerzielle Anlage zur Produktion von Wasserstoff mit Hilfe der Sonne hat Synhelion für das kommende Jahr in Spanien angekündigt.

Auch weitere Projekte, an denen in der Synlight-Anlage gearbeitet wird, gehen in eine ähnliche Richtung oder unterstützen die Wasserstoffproduktion mit Hilfe der Sonne. So wird unter dem Namen „Astor ST“ mit EU-Unterstützung an einer automatischen Steuerung der Produktion gearbeitet. Und das Projekt „Pegasus“ befasst sich damit, die Hitze von Solarkraftwerken zu nutzen, um Schwefel zu produzieren. Dieser könnte - wie der Wasserstoff - als Speichermedium für die Energie der Sonne dienen. Wird er später verbrannt, können mit der entstehenden Hitze Turbinen angetrieben werden.

Sonnenlicht als Dienstleistung

Bei solchen Projekten arbeiten öffentliche Forschungsinstitutionen wie etwa das Karlsruhe Institut of Technology KIT oder die Rheinische Hochschule Köln mit Partnern aus der Industrie zusammen. Bei mehr als der Hälfte aller Synlight-Projekte sind Drittmittel im Spiel. Der Betreiber DLR sieht sich dabei vor allem als Dienstleister der anderen, der sich um die thermischen und mechanischen Aspekte der Versuche kümmert – mit Hilfe von vier Mitarbeitenden und sowie studentischen Hilfskräften. Allerdings, darauf legt Laaber Wert, betreibe man keine kommerzielle Testanlage zum Mieten. Was bei Synlight geschehe, sei Forschung in Kooperative nach den Bedingungen von Betreiber und Förderern.



Denkbar wäre auch, mit Synlight die Haltbarkeit von Materialien zu testen – zum Beispiel von solchen, die in Solarkraftwerken oder auf Raumfahrtmissionen genutzt werden. Doch solche Projekte spielen derzeit nur eine Nebenrolle, sagt Laaber: „Dafür sind unsere Kosten zu hoch: pro Tag einige tausend Euro“

Allerdings ist Synlight seine eigene Materialforschungsanlage. Denn nur wenige Stoffe halten die intensive Bestrahlung auf Dauer aus. „Die Halle ist aus massivem Stahlbeton“, sagt der Leiter der Anlage. „Glas konnten wir wegen der Bedingungen nicht verwenden. Auch Kunststoff gibt es nur wenig – und auch nur da, wo er keiner direkten Strahlung ausgesetzt ist.“

Wie gesagt: Ein wenig wie mit Ikarus – und zwar für Mensch wie auch für Material: Wer der Sonne zu nahekommt, verbrennt.

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