Aktuell

WELTRAUM

Energie aus dem All

China plant Solarkraftwerke im geostationären Orbit, die Energie mit Mikrowellen zur Erde schicken können. Die Energieübertragung soll zunächst mit Ballons getestet werden, die in die Stratosphäre aufsteigen – bereits 2030 soll dann ein Prototyp im Megawatt-Bereich um die Erde kreisen.

Solarmodule fangen heute schon Sonnenenergie im All auf – allerdings kann der gewonnene Strom nicht verschickt werden.

Foto: NASA

So ein Kraftwerk könnte 24 Stunden am Tag die Sonne nutzen. Allerdings muss die im All gewonnene Energie in Mikrowellen gewandelt, gesendet und wieder in Strom gewandelt werden – ein wenig effizienter Prozess. Duan Baoyan von der Xidian University hat jedoch nicht notwendigerweise die Versorgung der Erde im Blick. Er denkt eher an eine Art „Ladestation“ im Orbit für kleine und mittlere Satelliten. Solche Satelliten bräuchten dann keine Sonnenkollektoren mehr, sondern nur noch Mikrowellen-Empfangsantennen. Um solche Kraftwerke zu bauen, müsste allerdings tonnenweise Material ins All transportiert werden. Experten schätzen, dass die Transportkosten mindestens um einen Faktor zehn sinken müssten, um Solarkraftwerke im All auch nur annähernd wirtschaftlich betreiben zu können.

WOLFGANG STIELER

photovoltaik

Solarmodule in Stein-Optik

Das Institut für Solarenergieforschung hat ein Verfahren entwickelt, um PV-Module unauffällig in Gebäude einzufügen. Deren Oberfläche besteht aus Stein. Dazu ersetzten die Forschenden entweder die Frontscheibe eines handelsüblichen PV-Moduls durch ein Steinfurnier oder laminieren es auf die bestehende Frontscheibe auf. Das 1,5 Millimeter dünne Furnier besteht aus Glasfaserkunststoff und einer 0,5 Millimeter dicken Steinschicht.

Der Nachteil: Die Steinschicht senkt den Wirkungsgrad und Maserungen und Unregelmäßigkeiten lassen nur ungleichmäßig Licht durch – etwas, was Solarzellen gar nicht gerne haben. An einer Fassade montiert, sinkt die Stromausbeute gegenüber Dachmodulen weiter, weil sie schlechter zur Sonne ausgerichtet sind. Trotzdem können sie eine sinnvolle Ergänzung zu Dachmodulen sein – etwa, weil sie an Ost- und Westfassaden morgens respektive abends verstärkt Strom liefern. Folgeprojekte sollen nun die Kommerzialisierung vorantreiben.

GREGOR HONSEL

WASSERKRAFT

Wellengenerator mit höherem Wirkungsgrad

Ohne Unterlass treffen Wellen auf die Küsten entlang der Ozeane. Ihre Bewegungsenergie ist groß genug, um allein in Europa – rein rechnerisch – etwa ein Zehntel des Strombedarfs zu decken. Allerdings ist es bislang nicht gelungen, die Kraft der Wellen tatsächlich zur Stromgewinnung zu nutzen. Einen neuen Ansatz für wartungsarme und leistungsfähige Wellenkraftwerke verfolgen nun australische Wissenschaftler vom Royal Melbourne Institute of Technology. Erste Laborversuche zeigen, dass ihr sogenannter Punktabsorber doppelt so viel Strom gewinnen könnte wie bisher konzipierte Wellenkraftwerke.

Xu Wang und seine Kollegen nutzen eine Boje, in der sie – sicher vor dem Meerwasser abgeschirmt – einen Generator installierten. Den treiben zwei gegenläufige Propeller an, die an einer doppelten Achse in das wellenbewegte Wasser eintauchen. So können beide Drehrichtungen gleichzeitig für den Antrieb des Generators genutzt werden und die Stromausbeute verdoppelt sich, nach Aussagen der Forschenden.

Der nur 13 Kilogramm leichte Prototyp ist bisher allerdings von bescheidener Größe: Die Propeller haben einen Durchmesser von knapp einem halben Meter. Doch für erste Versuche in einem kleinen Wellentank im Labor reichte er aus und funktionierte am besten bei einer Amplituden-Wellenhöhe von 80 Millimetern. Damit erzielte er eine Leistung von 25 Milliwatt und einen beachtlichen Wirkungsgrad von knapp zwölf Prozent. Nun hofft Wang auf Investoren aus der Industrie, um den Schritt aus dem Labor zu wagen.

JAN OLIVER LÖFKEN

BAUTECHNOLOGIE

Neue Quellen für Zement-Ersatz

Die Zementherstellung ist für fünf bis zehn Prozent des globalen CO₂-Ausstoßes verantwortlich. Ursache dafür ist nicht nur der Energieaufwand beim Brennen, sondern auch die chemische Umwandlung des Kalks, bei der Kohlendioxid frei wird.

Zwar gibt es Ersatzstoffe wie Hüttensand aus der Stahlproduktion oder Flugasche aus Kohlekraftwerken, doch diese werden bereits fast vollständig für die Zementherstellung benutzt. Auch Pflanzenasche, etwa aus Reis- oder Maniok-Schalen, eignet sich als Ersatz für klassischen Portland-Zement, doch auch diese steht nur lokal und begrenzt zur Verfügung.

Eine weitere große Quelle für Zement-Ersatzstoffe hat nun ein Forschungsteam der Uni Halle-Wittenberg und der brasilianischen Universität Pará aufgetan: Belterra-Lehm. Dies ist ein bislang ungenutztes Abraumprodukt der Förderung von Aluminiumerz (Bauxit).

Die Forschenden untersuchten, welches Mischverhältnis aus Belterra-Lehm, Kalk und Gips die besten Eigenschaften hat. Bei einer Beimischung von 42 Prozent Lehm, sank die nötige Brenntemperatur von rund 1450 Grad auf 1250 Grad Celsius. Nach 28 Tagen Aushärtung erreichten Testkörper aus diesem Zement eine Festigkeit von 40 Megapascal (Portland-Zement schaffte unter denselben Bedingungen 46 Megapascal). Insgesamt lasse sich so der CO₂-Ausstoß um zwei Drittel zu 30 Prozent gegenüber Portland-Zement senken.

Breiter verfügbar als der lokale Belterra-Lehm dürfte ein Zement-Ersatzstoff sein, den Forscher von der Texas A&M University entdeckt haben: Lehm aus dem Garten. Das Problem bei solchen Zement-Alternativen: Sie sind unterschiedlich zusammengesetzt und haben unvorhersehbare Eigenschaften. Deshalb sei solches Material vor allem für nicht-lasttragende Strukturen wie die Fassade geeignet, schränken die Forschenden ein. Aber das Team arbeite daran, die Belastbarkeit so zu verbessern, dass sich komplette Gebäude bauen ließen – mit einem 3D-Drucker.

GREGOR HONSEL