Schwamm aus Kohlenstoffschaum macht Solarenergie zu Wasserdampf
Solarenergie lässt sich künftig effektiver in Wasserdampf umwandeln: Forscher der US-Eliteuniversität MIT haben einen Energieschwamm aus Kohlenstoffschaum und Graphit entwickelt, der einen Wirkungsgrad von 85 Prozent ermöglicht. Er ist zudem kostengünstiger als Spiegelsysteme.
Anders als ein Kohlekraftwerk braucht der Energieschwamm lediglich Sonnenstrahlung, um Wasser in Dampf für Stromturbinen zu verwandeln. Den Wirkungsgrad von 85 Prozent wollen die MIT-Forscher jetzt noch erhöhen.
Foto: dpa/Oliver Berg
Gang Chen, Leiter des Department of Mechanical Engineering des Massachusetts Institute of Technology (MIT), und sein Mitarbeiter Hadi Ghasemi haben einen stark porösen schwammartigen Werkstoff entwickelt, der aus Graphitflocken besteht, die auf einen Untergrund aus Kohlenstoffschaum aufgebracht sind.
Wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche des Schwamms trifft, entwickelt das Graphit hohe Temperaturen. Dadurch wird das Wasser unter dem Schwamm durch dessen Poren angesogen. Dieses Wasser verdampft umgehend. Je intensiver das Sonnenlicht ist, desto mehr Wasserdampf wird erzeugt.
Das Graphit entwickelt bei Sonneneinstrahlung hohe Temperaturen, sodass Wasser angesaugt wird und an der Oberfläche verdampft.
Quelle: MIT
Aber selbst bei geringem Sonnenlichteinfall hört die Dampfproduktion nicht auf – sie vermindert sich lediglich. „Vor allem in entlegenen Gebieten, wo die Sonne die einzige Energiequelle ist, ist es sehr nützlich, wenn Solarenergie durch Wasserdampf generiert werden kann“, erklärt Chen.
Solaranlagen, die auch nachts Strom produzieren, sind ein Durchbruch, um die Erneuerbaren Energien grundlastfähig zu machen. Vor allem Solarturm-Kraftwerken gelingt es, durch Spiegel so viel Energie zu bündeln, dass die Hitze ausreicht, um auch nachts Turbinen zu betreiben.
Energieschwamm erreicht Wirkungsgrad von 85 Prozent
Ghasemi betont, dass das verwendete Material ausgesprochen kostengünstig ist. Gerade darin sieht er einen Vorteil gegenüber komplexeren Verfahren zur Gewinnung von Wasserdampf aus Sonnenlicht. Zu diesen zählt beispielsweise der Einsatz ganzer Batterien an Spiegeln, die auf einen Wasserbehälter ausgerichtet sind und Wasser erhitzen; oder Flüssigkeiten mit Nanopartikeln, die sich bei Sonneneinstrahlung erhitzen. Diese Verfahren zeichnen sich aber durch einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad bei relativ hohen Kosten aus. Das neue System hingegen erzielt einen Wirkungsgrad von bis zu 85 Prozent.
MIT-Forscher wollen Wirkungsgrad weiter steigern
Während der Materialexperimente haben die MIT-Forscher das Graphit in einen Mikrowellenherd gesteckt, wo es sich laut Chen wie Popcorn verhielt. Nach dem Erhitzen zerfiel es in stark poröse Graphitflocken.
Wasser verdampft auf der Oberfläche des Energie-Schwamms. Interessant ist das Material, weil es kostengünstiger ist als Spiegelsysteme, die Sonnenstrahlen auf einen Wasserbehälter richten.
Quelle: MIT
Bei dem Untergrund aus Kohlenstoffschaum kam es vor allem darauf an, dass sich in diesem Schaum so viel Luft befindet, dass weder das Kohlenstoffmaterial, noch die darauf aufgebrachten Graphitflocken im Wasser untergehen können. Ghasemi geht davon aus, dass es bei der Weiterentwicklung möglich ist, einen Wirkungsgrad zu erreichen, der noch über 85 Prozent liegen dürfte.
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