Aufgrund des weltweit steigenden Energiekonsums und den bereits deutlich spürbaren Folgen des Klimawandels ist es notwendig, alternative umweltfreundliche Technologien der Energieerzeugung weiterzuentwickeln und effizient einsetzen zu können. Solarturmkraftwerke bieten das Potential, umweltfreundliche Solarstrahlung zu bündeln und in Wärme bzw. Strom umzuwandeln.
Hier setzt das über Horizon 2020 geförderte EU-Projekt RAISELIFE (»Raising the Lifetime of Functional Materials for CSP Technology«) an. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der Weiterentwicklung von Materialien für konzentrierte Solarkraftwerke, damit diese nicht nur effizienter, sondern zugleich kostengünstiger in der Lage sind, Energie zu speichern und 24 Stunden am Tag Strom liefern zu können. Um diese Ziele zu erreichen, haben sich in dem Projekt Firmen und Forschungsstellen aus sechs Ländern zusammengeschlossen, um ihre jeweilige Expertise in das Projekt einzubringen. Die Zusammenarbeit mit den Projektpartnern bietet dabei ein großes Potential, da verschiedenste Eigenschaften der Beschichtungen bei den unterschiedlichen Partnern getestet werden.
Die Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe des DECHEMA-Forschungsinstituts (DFI) entwickelt im Projekt Diffusionsschichten für den sogenannten Absorber des Solarturms, auf den die Sonnenstrahlung mittels Parabolspiegeln gebündelt wird. Dabei wird zwischen der Außenseite der Rohre, die zur Sonne gewandt sind, und der Innenseite, die das Speichermedium enthält, unterschieden. Die Anforderungen an den Werkstoff und die jeweilige Beschichtung sind dabei vielfältig. Die Außenseite der Rohre muss zu allererst ein hohes Absorptionspotenzial im Spektralbereich des Sonnenlichts aufweisen, so dass die Energie optimal genutzt und nach innen an das Speichermedium übertragen werden kann. Dies bringt neben der guten Korrosionsbeständigkeit in den jeweiligen Medien neue Herausforderungen. Für den Absorber müssen die Schichten neben den Temperaturen von bis zu 650°C auch Kälte und Kondensation (nachts teilweise unter dem Gefrierpunkt), tägliche zyklische Belastung, Sandstürme und Salzkorrosion (Salz im Sand oder in Meeresnähe), bei gleichzeitig guten optischen Eigenschaften, überstehen. Realisiert werden 2-stufige Prozesse, bei denen zuerst eine Haftvermittlerschicht auf Basis von Elementen wie Mangan, Chrom oder Aluminium zur Steigerung der Oxidationsbeständigkeit aufgebracht wird und im Anschluss eine funktionale Beschichtung auf Silikatbasis mit Zugabe von Pigmenten und Hilfsstoffen zur Verbesserung der Absorptions- und Emissionseigenschaften. Diese Schichten werden von den verschiedenen Projektpartnern extremen Tests unterworfen. Dafür stehen z.B. in Almeria (Südspanien) beim Partner DLR Expositionsanlagen im Freien, so dass die Beständig- keit der Proben unter direkter Sonneneinstrahlung, Wind, Regen sowie Sand getestet werden kann. Am DFI werden die Schichten auf ihre Hochtemperaturbeständigkeit unter isothermen und zyklischen Fahrweisen getestet.
Im Inneren der Rohre befindet sich das Transport- und Speichermedium (Dampf oder Salz), welches die erzeugte Wärme in einen Wärmetauscher überträgt und über eine Turbine in elektrische Energie umgewandelt wird. Sogenanntes Solarsalz, welches hauptsächlich aus Natrium- und Kaliumnitrat besteht, steigert die Effizienz einer Anlage und ist die Basis für die Speicherfähigkeit im Vergleich zu Wasserdampf. Untersuchungen am DFI konnten zeigen, dass gleichzeitig aber weitaus größere Korrosionsprobleme auftreten. Dies macht eine Schutzschichtentwicklung für die eingesetzten Werkstoffe zwingend notwendig. Ziel ist, die Haftvermittlerschicht, die für die Außenseite nötig ist, so zu designen, dass sie zusätzlich zur Bildung einer stabilen Schutzschicht auf der Innenseite führt und industriell gleichzeitig aufgebracht werden kann.
Auch diese Schichten werden am DFI und bei zwei weiteren Projektpartnern untersucht und sollen gegen Ende des Projekts im Jahr 2020 bereits in Anlagen, die vom Projekt- partner BrightSource gerade in China und Dubai gebaut werden, zum Einsatz.
Bildquelle(n):Solare Testanlage von Promes-CNRS, Odeilo, Frankreich
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