Technische Innovation

Synlight: Die weltweit grösste künstliche Sonne strahlt in Deutschland

Marek Hoffmann Autor, Hemd & Hoodie

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat eine künstliche Sonne gebaut. Damit sollen effizientere Wege zur Erzeugung von Treibstoffen gesucht werden. 

Deutschland gehört sicherlich nicht zu jenen Fleckchen auf unserem Planeten, die von der lieben Sonne mit besonders viel Zuwendung gesegnet sind. Im Jahr 2016 kam unser bundesweiter Spitzenreiter Brandenburg auf gerade einmal 1.735 Sonnenstunden, Schlusslicht Saarland hatte sogar noch 295 Stunden weniger. Das wirkt sich bisweilen nicht nur negativ auf Gemüt und Teint aus, sondern erschwert hierzulande vor allem die Forschung an solarer Energie.

Um wetterunabhängig und ganzjährig optimale Testbedingungen vorzufinden, hat das Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Jülich daher kürzlich ein imposantes Projekt vorgestellt: die größte künstliche Sonne der Welt! Nach etwa drei Jahren Bauzeit soll „Synlight“ künftig bei der Entwicklung klimafreundlicher Treibstoffe oder der Materialforschung für solarchemische Anlagen Verwendung finden.

wabenartig angeordnete Scheinwerfer

Die Forschungsanlage besteht aus insgesamt 149 Xenon-Kurzbogenlampen mit je sieben Kilowatt, wie sie einzeln auch im Kinosaal zum Einsatz kommen. Jeweils von einem elliptischen und im Durchmesser knapp einen Meter fassenden Aluminium-Reflektor umgeben, sind sie wie Waben in einem Bienenstock zu einem Hochleistungsstrahler angeordnet. Um sie individuell und unabhängig von den anderen ausrichten zu können, ist jedes Modul an einer Art Roboterarm montiert, der vom Kontrollraum aus gesteuert werden kann.

Die künstliche Sonne besteht aus 149 beweglichen Scheinwerfern.
Die künstliche Sonne besteht aus 149 beweglichen Scheinwerfern. Bild: Flickr – DLR (CC BY 2.0)

„Damit können wir das Licht aller Lampen variabel verteilen oder bündeln. Wir wollen dabei eine Lichtkonzentration erreichen, die dem Zehntausendfachen der Sonneneinstrahlung entspricht“, so Kai Wieghardt, Projektleiter am Institut für Solarforschung, Großanlagen und Solare Materialien am DLR. Das Licht der Lampen „ist dem Sonnenspektrum besonders ähnlich“ und ihre „gesamte Strahlungsleistung übertrifft mit über 350 Kilowatt die aller Hochleistungsstrahler weltweit zusammen“, so Wieghardt weiter. Auf eine Fläche von 20 mal 20 Zentimeter fokussiert, erzeugen die Strahler eine Temperatur von bis zu 3.500 Grad Celsius.

Die Strahlungsleistung von Synlight beträgt bis zu 350 Kilowatt.
Die Strahlungsleistung von Synlight beträgt bis zu 350 Kilowatt. Bild: Flickr – DLR (CC BY 2.0)

Zusammen sind die Lampen an einem 15 Meter hohen Stahlgerüst in einem Gebäude montiert, das wie ein zweistufiger Kubus wirkt. Während im hinteren Teil die künstliche Sonne per Knopfdruck ein- und ausgeschaltet werden kann, befinden sich im vorderen Teil die drei Bestrahlungskammern, in denen die Versuche durchgeführt werden. Dabei ist allerhöchste Vorsicht geboten: Bereits das nur von den Wänden der Halle reflektierte Licht ist so stark, dass ein Betrachter es nicht länger als eine Sekunde aushalten könnte, ohne schwerwiegende Schäden an den Augen zu erleiden.

künstliche sonne soll wasserstoff erzeugen

Doch es ist gar nicht das von den Lampen erzeugte Licht, das für die Wissenschaftler von entscheidender Bedeutung ist, sondern die bei der Lichtbündelung entstehenden hohen Temperaturen. Denn sie stoßen bestimmte chemische Reaktionen an, deren Abläufe die Forscher untersuchen wollen. Im Fokus steht dabei die Entwicklung klimafreundlicher Treibstoffe für die Luftfahrt – ein Bereich, in dem Synlight die Grundlagenforschung vorantreiben und speziell die Herstellung von Wasserstoff aus Kohlendioxid und Wasserdampf zum Ziel haben soll.

Synlight soll die Grundlagenforschung im Bereich Treibstofferzeugung vorantreiben.
Synlight soll die Grundlagenforschung im Bereich Treibstofferzeugung vorantreiben. Bild: Flickr – DLR (CC BY 2.0)

„Bei den Autos glauben wir, dass Elektromobilität eine super Sache ist. Für große Flugzeuge ist es im Augenblick nicht vorstellbar, dass man sie elektrisch antreibt, also mit Batterien ausstattet”, so Wieghardt. Seine Vision ist jedoch, dass künftig solarthermische Kraftwerke entstehen, bei denen die Treibstoffproduktion durch den Einsatz von Sonnenlicht möglich wird.

Wasserstoff gilt dabei als Treibstoff der Zukunft, weil bei dessen Verbrennung – anders als bei fossilen Brennstoffen – kein Kohlendioxid freigesetzt wird. Allerdings erfordert die notwendige Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und eben Wasserstoff große Mengen an Energie, die bislang von der Sonne geliefert wurde. Diese Aufgabe soll nun künftig Synlight übernehmen.

forschungsziel wasserstoff-flugzeug

Den Prototypen eines entsprechenden Flugmobils, für den Wasserstoff in der Form nutzbar gemacht werden könnte, hat das DLR im Übrigen auch schon präsentiert. Ende des vergangenen Jahres erhob sich HY4 vom Flughafen in Stuttgart und beförderte auf seinem Erstlingsflug vier Personen. Es handelt sich um das weltweit erste Passagierflugzeug, das einzig mit einem Wasserstoffbrennstoffzellen-Batterie-System angetrieben wird.

Mit der erzeugten Hitze soll Wasserstoff produziert werden.
Mit der erzeugten Hitze soll Wasserstoff produziert werden. Bild: Flickr – DLR (CC BY 2.0)

So beeindruckend die Ansätze und Ergebnisse sicherlich sind: Synlight stellt nicht die einzige Option dar, um Wasserstoff auf umweltfreundliche Weise herzustellen. Dafür eignet sich auch Strom, der beispielsweise mit Windrädern generiert und dann für die Elektrolyse verwendet wird. Langfristig wird es spannend sein zu beobachten, welche der Ansätze für Wissenschaft und Industrie die größeren Vorteile und Nutzen bringen.

Cover-Foto: DLR – Synlight (CC BY 3.0)

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