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Montag, 29 Juni 2020 07:00

Brief aus England

von Dr. Anselm T. Kuhn
Geschätzte Lesezeit: 11 - 21 Minuten
Das vielleicht grünste Haus in Europa. Das vielleicht grünste Haus in Europa.

Vor uns liegen schwere Zeiten

Es ist nicht zu übersehen, dass unsere Volkswirtschaften – in Deutschland, in ganz Europa und anderswo – in eine Rezession geraten sind, und eine große Frage ist, ob diese „V-förmig“ oder „U-förmig“ verlaufen wird. Aber es gibt auch eine zweite Frage. Wenn sich unsere Volkswirtschaften wieder erholen, wie werden sie sich dann von dem unterscheiden, was sie vor der Pandemie waren? Anders ausgedrückt: Werden wir unsere Gewohnheiten ändern? Werden wir die Art und Weise ändern, wie wir einkaufen, in Urlaub fahren oder sogar die Art und Weise, wie viele von uns arbeiten, im Büro oder von zu Hause aus? Spätestens jetzt erinnern wir uns an die Theorie des österreichischen Ökonomen Joseph Schumpeter, die als „kreative Zerstörung“ bekannt ist. Aus den Trümmern (sei es buchstäblich, wie es in den Großstädten nach dem Weltkrieg der Fall war, oder wirtschaftlich, wie es heute der Fall ist) würde nach Schumpeters Theorie etwas Besseres, Effizienteres entstehen.

Die Wirtschaft reagiert auf ihre Kunden, und die Manager von Fluggesellschaften, Kinos und Restaurants haben wenig Einfluss auf unsere Gewohnheiten, ob wir diese Annehmlichkeiten nutzen wollen oder nicht. Aber harte Zeiten zwingen Manager zu schwierigen Entscheidungen innerhalb ihrer eigenen Organisation. Brauchen wir wirklich Herrn Schmidt oder Frau Braun? Oder brauchen wir wirklich die Abteilung X? Sollten wir ihre Aufgabe nicht vielleicht an eine externe Stelle auslagern?
 
Es gibt auch noch andere Fragen. Wenn man aus böswilligen Gründen 200 oder mehr Menschen mit einer durch die Luft übertragenen Krankheit anstecken wollte, wäre eine Möglichkeit, sie in eine versiegelte Aluminiumröhre zu packen, in der es fast keine frische Luft gibt, sondern nur die gleiche verbrauchte Luft umgewälzt wird – mit anderen Worten, in ein modernes Flugzeug. Werden die Flugzeughersteller dieses Problem endlich in Angriff nehmen, sei es durch verstärkten Einsatz von UV-Strahlung oder andere Mittel? 
 
Das sind Aufgaben für Manager, aber es gibt auch schwierige Entscheidungen für unsere Politiker. Die Pandemie hat die Probleme der langen Lieferketten und insbesondere unsere Beziehung zu China ins Blickfeld gerückt. Viele glauben, dass wir in Bezug auf Chemikalien, Pharmazeutika, Telekommunikation, Computer und zahllose andere Industriegüter zu abhängig von China geworden sind. Der Ausdruck „Re-shoring“ ist weit verbreitet – es ist das Gegenteil von „Offshoring“, mit anderen Worten, wir importieren weniger und erinnern uns an den Standort Deutschland. In dem Maße, wie China (dank seiner Exporte in den Westen) wohlhabender wird, werden die chinesischen Arbeitskosten steigen, wodurch die chinesische Industrie etwas weniger wettbewerbsfähig wird. Gleichzeitig werden die Herstellungskosten durch den zunehmenden Einsatz von Automatisierung etwas weniger abhängig von den Arbeitskosten, so dass wir vielleicht allmählich ein günstigeres 
Wirtschaftsklima für die Fertigung „Made in Europe“ sehen.
 
Es wäre wunderbar, wenn wir mit China in Frieden leben könnten, aber jeden Tag lesen wir von aggressivem Verhalten, sei es ihr anhaltender militärischer Aufbau, einschließlich nuklearer U-Boote und gro-ßer Flugzeugträger, oder ihre Versuche, die südchinesischen Meere zu übernehmen oder ihre anhaltende Industriespionage. Während Pharmaunternehmen und Universitätswissenschaftler in ganz Europa fieberhaft versuchen, einen Impfstoff gegen Covid-19 zu entwickeln, erfahren wir, dass ihre Computersysteme ständigen Hackerangriffen ausgesetzt sind, die zum großen Teil von China ausgehen, um herauszufinden, was sie tun. Der Erfolg Chinas bei der Eroberung westlicher Märkte beruht weitgehend auf großzügigen staatlichen Beihilfen für Unternehmen wie Huawei, das laut Wall Street Journal (obwohl Huawei dies abstreitet) in den letzten Jahren staatliche Beihilfen in Höhe von 75 Milliarden Dollar erhalten hat. 
 
Wie kann ein westliches Unternehmen damit konkurrieren?
 
Nach EU-Recht sind staatliche Beihilfen weitgehend verboten, aber sicherlich kann das umgangen werden. Aber sollten wir nicht unbedingt einen neuen Blick darauf werfen, bevor chinesische staatlich geförderte Unternehmen ihre europäischen Konkurrenten vernichten, wie es Huawei durchaus tun könnte?

Elefantenfriedhöfe

Abb. 1: Weltweiter Flugkraftstoffverbrauch (in Gallonen)Abb. 1: Weltweiter Flugkraftstoffverbrauch (in Gallonen)Elefantenherden durchstreifen die Ebenen des südlichen Afrikas, aber wenn ein älterer Elefant das Gefühl hat, dem Ende seines Lebens nahe zu sein, gibt es besondere Orte, an denen er in Frieden sterben kann. Manchmal geht es ihnen glücklicherweise besser, und dann gehen sie wieder zu ihrer Herde zurück. Ich habe solche Orte in Afrika selbst noch nicht besucht, aber ich habe ein elektrisches Lufttaxi gemietet, um einen ähnlichen Ort hier in Europa zu besuchen. Was sah ich also, als ich über diesem „Friedhof“ schwebte? Zunächst einmal zwei sehr große Tanks. Der eine war mit „Biodiesel“, der andere mit „Bio-Luftfahrtkraftstoff“ beschriftet. Es steht außer Frage, dass solche Kraftstoffe aus Pflanzen wie Zu-ckerrohr oder organischen Lebensmittelabfällen hergestellt werden können. Vor einigen Jahren gab es den Plan, dass Lastwagen durch London fahren und die Abfälle von Tausenden von Restaurants in der ganzen Stadt einsammeln, um sie in Kerosin umzuwandeln. Doch seit einigen Jahren gibt es wenig Neues über diese Technologie. Ist sie tot oder stirbt sie? Sicherlich nicht tot, und in Deutschland sind die Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen (UFOP) und Mitgliedsunternehmen wie die Verbio AG erfolgreich tätig.
 
Aber wenn fossile Kraftfahrzeuge nach 2040 oder sogar, wie in England, nach 2035 verboten werden, wie sieht dann die Zukunft für Biodiesel aus, der nur einen winzigen Teil des gesamten Dieselbedarfs deckt? Ich glaube, dass das Unternehmen Verbio überleben wird, da sie neben Biodiesel eine breite Palette von wertvollen Bioprodukten produziert. Was die Biotreibstoffe für die Luftfahrt anbelangt, wird viel geredet, aber sehr wenig getan. SAF (Sustainable Aircraft Fuels) sind (wie zu erwarten war) teurer als Kraftstoffe auf Erdöl-Basis. Der weltweite Flugkraftstoffverbrauch ist in Abbildung 1 dargestellt, wobei nicht angegeben ist, ob es sich dabei um britische Gallonen (4,54 Liter) oder US-Gallonen (3,79 Liter) handelt. Das Histogramm wurde im Dezember 2019 vor dem Coronavirus veröffentlicht, und die prognostizierte Zahl für 2020 ist deutlich höher als sie tatsächlich sein wird. Aber die Menge an Düsentreibstoff ist so groß, dass man sich nicht vorstellen kann, dass genügend Gemüsepflanzen in Biotreibstoff umgewandelt werden können – obwohl Millionen Menschen auf der ganzen Welt bereits hungern.

Was könnten wir noch auf diesem Friedhof finden? Es gab so viele Ideen zur Energiespeicherung. Das im Vakuum arbeitende, magnetgelagerte Schwungrad (Abb. 2) wurde an verschiedenen Stellen im MW-Bereich zur Energiespeicherung installiert. Das Konzept wurde auch auf Pkw angewandt, wobei Porsche 2010 einer der ersten war, der die Idee getestet hat, gefolgt von Jaguar. Das Konzept war unter dem Namen KERS – Kinetische Energierückgewinnungssysteme – bekannt, und mindestens ein Unternehmen, Torotrak, wurde zur Herstellung des Systems gegründet. Ich glaube, es brach 2018 zusammen. Es wurde sogar kurzzeitig in Formel-1-Rennwagen eingesetzt.

 
Und heute? Dann gab es Dutzende von Ideen zur Energiespeicherung auf der Grundlage der Schwerkraft – das Konzept geht immerhin auf das 12. Jahrhundert oder früher zurück, als Uhren durch fallende Gewichte angetrieben wurden. In den letzten Jahren wurden verschiedene Projekte vorgeschlagen, bei denen ein großes Gewicht durch Elektromotoren angehoben und dann fallen gelassen wird und dabei Strom erzeugt. Abbildung 3 zeigt einen Entwurf für eine riesige deutsche Anlage der Heindl Energy GmbH, und es gibt mindestens ein britisches Unternehmen, Gravitricity (www.gravitricity.com), mit ähnlichen Projekten. Aber ich habe in den letzten Monaten nichts von diesen Projekten gehört. Sind einige dieser Projekte noch aktuell? Eine andere Idee zur Energiespeicherung basierte auf einem Fließband, das Kies nach oben zu einem Speicherpunkt trug und dann Strom erzeugte, wenn der Kies nach unten auf das Fließband entladen wurde. 
 
Der bevorstehende Tod des Brennstoffmotors hat viele Ideen hervorgebracht. Batterieautos sind heute die Hauptalternative. Aber was ist mit Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden? Die japanischen und koreanischen Autohersteller scheinen sich mehr für die Wasserstoff-Brennstoffzelle im Pkw zu begeistern als ihre europäischen und US-amerikanischen Kollegen. Eine amerikanische Studie verglich vor einigen Jahren die beiden Technologien und sprach sich für die Batterietechnologie aus (Markus F. Felgenhauer et al. Evaluierung des gemeinsamen Nutzens von Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen in einer Gemeinde in Kalifornien. Energie 2016). Aber wenn unser gegenwärtiges Erdgas-Netzwerk durch ein Wasserstoff-Netzwerk ersetzt wird, wie einige vorhersagen, würde sich alles ändern.
 
Vor einem Jahr oder länger berichtete ich über einen Flüssigstickstoff-Motor, den sogenannten Dearman-Motor. Er funktioniert einwandfrei. Aber um ihn Wirklichkeit werden zu lassen, müsste man ein Netzwerk von Tankstellen oder Rohren bauen. Und außerdem ist er kein sehr effizientes Mittel zur Energiespeicherung. Leider ist es schwer, für diese Technologie eine Zukunft zu sehen. Heute haben wir ein Stromnetz und ein Erdgasnetz. Letzteres könnte zu vernünftigen Kosten in ein Wasserstoff-Netzwerk umgewandelt werden, und vielleicht ist dies die Zukunft.
 
Abb. 2: Das Schwungrad wurde zur statischen Energiespeicherung und in Pkw erprobtAbb. 2: Das Schwungrad wurde zur statischen Energiespeicherung und in Pkw erprobt

Abb. 3: Eindruck des Künstlers von einem geplanten deutschen Energiespeicherprojekt auf SchwerkraftbasisAbb. 3: Eindruck des Künstlers von einem geplanten deutschen Energiespeicherprojekt auf Schwerkraftbasis

Stromversorgung – Festschmaus oder Hungersnot?

Abb. 4: Die weltgrößte Produktionsanlage für Wasserelektrolyse in Sheffield, GroßbritannienAbb. 4: Die weltgrößte Produktionsanlage für Wasserelektrolyse in Sheffield, GroßbritannienWir sind uns alle bewusst, dass wir, da immer mehr Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird, für die Tage, an denen der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint, eine Art Back-up benötigen. Dieses Back-up wird heute von Kernkraftanlagen und fossil befeuerten Kraftwerken, Öl, Gas oder Kohle, geliefert. Und in den letzten Jahren wurden für den gleichen Zweck große Batterien installiert. Die größte der Welt ist eine 100-MW-Tesla-Lithium-Ionen-Bat-terie in Südaustralien, die bald auf 150 MW erweitert werden soll. Viele andere, einige noch größere sind geplant oder im Bau. Aber in den meisten Fällen bieten diese Batterien nur wenige Stunden Reservekapazität.
 
Was viele Menschen nicht wissen, ist, dass es insbesondere während der Pandemie einen Stromüberschuss gegeben hat. Das britische Strom-Netzwerk, das National Grid, hat ca. 500 Millionen Euro an die Windparkbetreiber ausgezahlt, um sie für den von ihnen angebotenen Strom zu entschädigen, für den aber keine Nachfrage bestand. Ein neuer Plan sieht vor, überschüssigen Strom aus Windparks für den Betrieb eines Netzes riesiger Wasserelektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff für Fahrzeuge zu verwenden, nach Plänen eines Ökostromunternehmens.
 
Die Elektrolyseure sollen mit nahe gelegenen Offshore-Windparks verbunden werden und Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Der Wasserstoff wird zunächst in Bussen verwendet, die von Brennstoffzellen angetrieben werden. Er könnte auch für Brennstoffzellen in Lastwagen, Autos, Zügen und Schiffen verwendet werden. Das System würde verhindern, dass die überschüssige Energie verschwendet wird, was die Energiekosten der Haushalte erhöht. Der meiste in Großbritannien verwendete Wasserstoff wird aus Erdgas hergestellt, was bedeutet, dass er immer noch zu Treibhausgasemissionen beiträgt. Ryse (www.ryse.team), das Unternehmen, das den Bau der Elektrolyseure plant, will dieses Problem überwinden, indem es Strom aus Windparks nutzt, wenn er nicht vom Netz benötigt wird.
 
Ryse hat einen Planfeststellungsantrag für den Bau des größten Elektrolyseurs Großbritanniens in Herne Bay in Kent eingereicht, der bis zu zehn Tonnen Wasserstoff pro Tag erzeugen kann, genug, um 500 Busse anzutreiben. Wenn der Antrag genehmigt wird, soll der Wasserstoff nach London geschickt werden, um eine neue Flotte von Brennstoffzellenbussen zu versorgen. Ryse plant den Bau von mindestens vier weiteren großen Elektrolyseuren in Aberdeen, Nordirland, Runcorn und Südwales. Jo Bamford, Vorsitzender von Ryse und Sohn von Lord Bamford, dem milliardenschweren Besitzer von JCB-Baggern, besitzt auch Wrightbus in County Antrim, das die weltweit ersten Doppeldecker-Brennstoffzellenbusse herstellt. Das Unternehmen hat die Kritik, dass komprimierter Wasserstoff ein Explosionsrisiko darstelle, mit der Begründung zurückgewiesen, es gäbe strenge Sicherheitsvorschriften. Etwa zehn Brennstoffzellenbusse fahren seit mehr als einem Jahrzehnt sicher in London, und in Großbritannien gibt es mehrere hundert Brennstoffzellenautos.
 
Abb. 5: „Plug-and-go“-Elektrolyseur 1,3 MW von ITM PowerAbb. 5: „Plug-and-go“-Elektrolyseur 1,3 MW von ITM PowerDie Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff als Ersatz für fossile Brennstoffe nehmen rasch zu, und noch in diesem Jahr sollen in Großbritannien Testflüge mit einem wasserstoffbetriebenen sechssitzigen Flugzeug beginnen. An der Keele University laufen Versuche, bis zu 20 Prozent des Erdgases im Leitungsnetz des Campus durch Wasserstoff zu ersetzen, um Gebäude zu heizen. Ein kleiner Elektrolyseur auf Eday, einer der Orkney-Inseln, produziert bereits Wasserstoff aus Gezeiten- und Windturbinen. Er wird in einer Brennstoffzelle zum Antrieb von Schiffen verwendet, während diese im Hafen von Kirkwall anlegen. Die Produktion von Elektrolyseuren wird in diesem Jahr steigen, wenn die Firma ITM Power in Sheffield die weltgrößte Fabrik zur Herstellung von Elektrolyseuren eröffnet (Abb. 4).
 
Das Unternehmen, das sich zum Teil im Besitz der Linde AG befindet, stellt PEM-Elektrolyseure (Proton Exchange Membrane) her und arbeitet an einem von der Regierung finanzierten Projekt, das die Machbarkeit der Verbindung von Elektrolyseuren mit Hornsea, dem weltweit größten Offshore-Windpark vor der Küste von Yorkshire, untersucht. ITM Power liefert auch Elektrolyseure für den weltgrößten elektrolytischen Wasserstoff, der von Shell im rheinischen Wesseling mit einer Leistung von 10 MW betrieben wird. Evonik und AkzoNobel sind ebenfalls an der Technologie beteiligt. Abbildung 5 zeigt eine ihrer Mittelklasse-Einheiten mit einer Nennleistung von 1,3 MW. Selbstverständlich bieten chinesische Unternehmen auch PEM-Wasserelektrolyseure zu wettbewerbsfähigen Preisen an.
 
Gegenwärtig gibt es zwei Haupttypen von Wasser­elektrolyseuren. Die traditionelle alkalische Einheit, meist mit Nickelelektroden, hat einen Wirkungsgrad von ca. 70 %, obwohl die dabei entstehende Abwärme oft vor Ort genutzt werden kann, was den Wirkungsgrad etwas erhöht. Membranelektrolyseure sind in der Herstellung teurer, benötigen einen Ausgangsstoff für reineres Wasser und haben einen Wirkungsgrad von 80 % oder besser. 
 
Professor Joe Howe, Direktor des Thornton Energy Institute an der Universität von Chester, sagte, Wasserstoff werde eine wichtige Rolle bei der Erfüllung der europäischen Verpflichtung spielen, bis 2050 kohlenstoffneutral zu werden. „Die Wasserstoffproduktion mit Hilfe von Elektrolyseuren, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, ist eine grüne und fabelhafte Möglichkeit, überschüssig erzeugte Energie zu nutzen. Das ist alles Teil des Übergangs zu sauberem Wachstum.“
 
Sehr detaillierte Informationen über Elektrolyseure enthält folgende Webseite: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/alkaline-water-electrolysis

Gute Nachrichten zur Glasfaser

Die Datenübertragung über Kupferdrähte stieß vor einigen Jahren an ihre Grenzen. Virgin Media verwendet Koaxialkabel und ist zuversichtlich, dass es in der Lage sein wird, die Geschwindigkeiten auf 1 MB/s, vielleicht sogar 10 MB/s zu erhöhen. Aber es könnte Probleme geben, die darüber hinausgehen. Gute Nachrichten kommen von jüngsten Untersuchungen in Australien, die darauf hindeuten, dass die Geschwindigkeitsbegrenzungen über Glasfaser erfolgen. In Australien wurde ein Weltrekord der Internetgeschwindigkeit aufgestellt, der es Filmliebhabern ermöglicht, 1000 HD-Filme in einer Sekunde herunterzuladen. Die Forscher erreichten den Rekord mit einem Mikrokamm, einem einzigen kleinen optischen Chip, der 80 separate Infrarotlaser ersetzt und Kommunikationssignale übertragen kann. Der Chip-Test wurde mit normaler Kabeltechnologie durchgeführt, was Hoffnungen weckte, dass das Verfahren mit bestehenden Breitbandnetzen funktionieren könnte. Die australischen Testergebnisse, die von einem Team aus drei Universitäten in Melbourne erzielt wurden, erreichten eine Geschwindigkeit von 44,2 Terabit pro Sekunde.
 
Bei den Internetgeschwindigkeiten liegt Singapur mit einer durchschnittlichen Downloadgeschwindigkeit von 197,3 Megabit pro Sekunde (MB/s) an der Spitze der Tabelle. In Australien liegt die durchschnittliche Download-Geschwindigkeit bei 42 MB/s: 1 Million Mal langsamer als die im letzten Test erreichten Geschwindigkeiten. In den USA liegt die durchschnittliche Download-Geschwindigkeit bei 133 MB/s und in Großbritannien bei 67 MB/s.
 
Der Mikrokamm-Chip, der beim australischen Durchbruch verwendet wurde, könnte in Telekommunikationsanlagen installiert werden, um die Nachbarschaft zu versorgen. Andere Forscher auf der ganzen Welt befassen sich ebenfalls mit der Technologie, die in drei bis fünf Jahren auf breiter Basis eingesetzt werden könnte. Was die Forschung zeigt, ist die Fähigkeit bereits im Boden befindlicher Fasern, jetzt und in Zukunft als Rückgrat von Kommunikationsnetzen zu dienen. Es ist das erste Mal, dass ein Mikrokamm in einem Feldversuch eingesetzt wurde, und er besitzt die höchste Datenmenge, die von einem einzigen optischen Chip produziert wird.

Quelle: „Ultra-dense optical data transmission over standard fibre with a single chip source“, Bill Corcoran u. a: Nature Communications, Bd 11, Article number: 2568 (2020) Open Access

Keine so guten Nachrichten für Besitzer von Solarmodulen 

Abb. 6: Innenansicht der Saule-FabrikationsanlageAbb. 6: Innenansicht der Saule-FabrikationsanlageWährend (siehe vorhin) die bestehende Glasfasertechnologie uns auch in absehbarer Zukunft dienen wird, gilt das Gleiche nicht für Sonnenkollektoren auf Siliziumbasis. Es gibt einen weltweiten Wettlauf, von San Francisco bis Shenzhen, um die Herstellung einer effizienteren Solarzelle. Das heutige durchschnittliche kommerzielle Solarpanel wandelt 17–19 % der auftreffenden Lichtenergie in Elektrizität um. Das sind mehr als 12 % von vor nur 10 Jahren. Aber was wäre, wenn wir diesen Anteil auf 30 % steigern könnten? Die Solarenergie ist bereits die weltweit am schnellsten wachsende Energietechnologie. Vor zehn Jahren gab es weltweit nur 20 Gigawatt installierte Solarkapazität. Bis Ende 2019 war die weltweit installierte Solarenergie auf etwa 600 Gigawatt angestiegen. Trotz des Coronavirus prognostiziert das Forschungsunternehmen IHS Markit für 2020 einen weiteren Anstieg der weltweiten Solarkapazität um 105 Gigawatt. Die meisten Solarzellen bestehen aus hauchdünnen Scheiben von Siliziumkristallen, die zu 70 % in China und Taiwan hergestellt werden. Aber waferbasierte kristalline Siliziumsolarzellen nähern sich ihrem theoretisch maximalen Wirkungsgrad. Die sogen. Shockley-Queisser-Grenze markiert den maximalen Wirkungsgrad für eine Solarzelle aus nur einem Material, und für Silizium liegt dieser bei etwa 30 %. Die Kombination von sechs verschiedenen Materialien zu einer so genannten Mehrschichtzelle kann jedoch den Wirkungsgrad unter konzentriertem Licht um bis zu 47 % steigern. Eine andere Technologie, um diese Grenze zu durchbrechen, ist die Verwendung von Linsen, um das auf die Solarzelle fallende Sonnenlicht zu fokussieren. Dies ist jedoch eine teure Art der Stromerzeugung und vor allem bei Solarpaneelen von Satelliten nützlich. Die vielversprechendsten Entwicklungen in der Solartechnologie basieren auf Perowskit, benannt nach Graf Lew Aleksejewitsch von Perowskij, einem russischen Mineralogen des 19. Jahrhunderts.
 
Diese haben eine besondere Kristallstruktur, die gut für die Sonnenabsorption ist. Dünne Schichten, etwa 300 Nanometer, können kostengünstig aus Lösungen hergestellt werden – so lassen sie sich leicht als Beschichtung auf Gebäude, Autos oder sogar Kleidung aufbringen. Perowskite funktionieren auch bei geringeren Lichtintensitäten, an bewölkten Tagen oder in Innenräumen besser als Silizium. Sie lassen sich mit einem Tintenstrahldrucker bedrucken, sagt Dr. Konrad Wojciechowski, wissenschaftlicher Direktor bei Saule Technologies mit Sitz in Breslau und Warschau. Abbildung 6 zeigt einen Teil ihrer Anlage.
 
Wenn man ein so billiges, flexibles und effizientes Material verwendet, könnte man es auf städtischen Flächen anwenden, um Smartphones kostenlos aufzuladen, öffentliche WLANs und Luftqualitätssensoren zu betreiben. Saule Technology hat mit dem schwedischen Bauunternehmen Skanska zusammengearbeitet, um Perowskit-Schichten in Bauplatten aufzubringen.

Perowskite in Solarpaneelen

Abb. 7: Mikrolinsen über einem Solarpanel, entwickelt von InsolightAbb. 7: Mikrolinsen über einem Solarpanel, entwickelt von InsolightLaut Max Hoerantner, Mitbegründer von Swift Solar, einem Start-up-Unternehmen aus San Francisco, gibt es weltweit nur etwa 10 Start-up-Unternehmen, die an der Perowskit-Technologie arbeiten. Oxford PV, ein Spin-off der Universität, sagt, dass es Ende 2018 mit einer kommerziellen, auf Perowskit basierenden Solarzelle einen Wirkungsgrad von 28 % erreicht hat und in diesem Jahr eine jährliche Produktionslinie von 250 Megawatt betreiben wird. Sowohl Oxford PV als auch Swift Solar stellen Tandem-Solarzellen her – das sind Silizium-Paneele, die ebenfalls eine dünne Perowskit-Filmschicht haben, und da sie aus zwei Materialien bestehen, können sie die Shockley-Queisser-Grenze überwinden. Das Silizium absorbiert das rote Band des sichtbaren Lichtspektrums und der Perowskit den blauen Sektor, was dem Tandem einen höheren Wirkungsgrad verleiht als jedes Material allein. Unternehmen, die die Perowskit-Technologie entwickeln, müssen auch deren Haltbarkeit unter Beweis stellen. Werden solche Beschichtungen 20–25 Jahre lang auf einem Dach funktionieren?
 
Insolight, ein Schweizer Startup-Unternehmen, hat einen anderen Weg eingeschlagen – es bettet ein Gitter aus sechseckigen Linsen in das Schutzglas eines Solarpanels ein und bündelt so das Licht 200 Mal. (Abb. 7).
 
Um der Bewegung der Sonne zu folgen, verschiebt sich das Zellfeld im Laufe des Tages horizontal um einige Millimeter. Ihr Ziel ist es, die Kosten für Solarpaneele mit Linsen zu senken. Die Architektur der konventionellen konzentrierten Photovoltaik ist sehr kostspielig. Insolight haben den Sonnennachführungsmechanismus miniaturisiert und in das Modul integriert, so dass sich ihre Paneele in Bezug auf Größe und Form nicht wesentlich von bestehenden Modulen unterscheiden. Das Solarenergie-Institut der Universidad Politécnica de Madrid hat das aktuelle Modell von Insolight mit einem Wirkungsgrad von 29 % gemessen. Es arbeitet nun an einem Modul, von dem man sich einen Wirkungsgrad von 32 % erhofft.
 
Die derzeitige Siliziumtechnologie ist jedoch nicht ganz tot, und es gibt Ansätze für kleine, schrittweise Verbesserungen. Eine besteht darin, auf der Rückseite des Panels eine zusätzliche Schicht anzubringen, um nicht absorbiertes Licht ein zweites Mal durch das Panel zurück zu reflektieren. Dies verbessert die Effizienz um 1–2 % (und die Idee ließe sich auf jede Art von Solarpaneel anwenden). Ein anderer Ansatz zur Verbesserung des Wirkungsgrads ist das Hinzufügen einer Außenschicht, die die Verluste verringert, die entstehen, wenn Silizium die Metallkontakte berührt. Von solch kleinen Gewinnen – bis hin zum Einsatz von konzentrierten Solar- und Perowskiten – befindet sich die Solartechnik in einem Wettlauf um Effizienzsteigerung und Kostensenkung.
 
Abb. 8: Bewegliche Spiegel (über einem Solarzellenfeld) werfen Sonnenlicht in die Stadt Rjukan, NorwegenAbb. 8: Bewegliche Spiegel (über einem Solarzellenfeld) werfen Sonnenlicht in die Stadt Rjukan, NorwegenDie Solartechnik hat eine glänzende Zukunft, und unsere Branche wird sicherlich einen wichtigen Beitrag dazu leisten.
 
Die obige Aussage ist ziemlich offensichtlich. Aber gibt es eine Möglichkeit, wie wir das Sonnenlicht heller machen können ? Ein Projekt, das den Einsatz von weltraumgestützten Reflektoren zur Aufhellung des Sonnenlichts für erdgebundene Solarparks untersucht, hat die Unterstützung des Forschungsrats erhalten. Ihre Arbeit wird die potenziellen Vorteile der Schaffung einer Konstellation hauchdünner Satellitenreflektoren skizzieren, die das Sonnenlicht aus der Umlaufbahn zu Beginn und am Ende eines jeden Tages, wenn die Nachfrage der Verbraucher nach Strom am höchsten, die Leistung von Solarparks aber am schwächsten ist, in Richtung zukünftiger großer Sonnenkraftwerke auf der Erde umlenken würde. Sie werden die effizientesten Umlaufbahnen und Steuerungsstrategien für die Reflektoren erforschen, damit sie am Boden ein Maximum an zusätzlicher Energie erzeugen und gleichzeitig die Menge an Streulicht, die die Erde erreicht, minimieren können.

Das Team wird auch daran arbeiten, im Labor neue Methoden zur Automatisierung der Herstellung solch empfindlicher Reflektoren im Weltraum zu entwickeln und zu demonstrieren, z. B. durch 3D-Druckverfahren, um die Gefahr zu verringern, dass sie während des Aufstiegs in die Umlaufbahn und des Einsatzes beschädigt werden. Im Rahmen des Projekts mit dem Titel „SOLSPACE: Enhancing Global Clean Energy Services Using Orbiting Solar Reflectors“ (SOLSPACE: Verbesserung globaler sauberer Energiedienstleistungen mit Hilfe von Sonnenreflektoren in der Umlaufbahn) werden vier Postdoktoranden mit ihm zusammenarbeiten, um Strategien zur Steigerung der von künftigen großen Solarkraftwerken auf der ganzen Welt erzeugten Energiemenge zu entwerfen, zu entwickeln und zu demonstrieren. „Die Bereitstellung globaler sauberer Energiedienstleistungen ist eine der wichtigsten Herausforderungen für das 21. Jahrhundert“, sagte Professor McInnes. Jahrhundert“, sagte Professor McInnes. Das Projekt könnte die Frage beantworten – kann die Raumfahrttechnologie zur Zukunft globaler Energiedienstleistungen beitragen? Ich habe eine düstere Erinnerung – vielleicht kann mir ein Leser helfen – an Pläne, große Solarreflektoren zu konstruieren und in den Alpen zu montieren, um mehr Licht in tiefe österreichische Täler zu bringen. Ist dies jemals geschehen? In der norwegischen Stadt Rjukan ist es passiert. Abbildung 8 zeigt die Spiegel, die sich drehen, um der Sonne zu folgen. Ein Arbeitsfeld für unsere Branche?

Das grünste Haus in Europa?

Abb. 9: Das vielleicht grünste Haus in Europa erzeugt seine benötigte Energie selbst und bereitet Wasser und Abwasser ebenfalls selber aufAbb. 9: Das vielleicht grünste Haus in Europa erzeugt seine benötigte Energie selbst und bereitet Wasser und Abwasser ebenfalls selber aufEin mit Wasserstoff betriebenes Haus, das netzunabhängig ist und das erste seiner Art in Europa sein soll, wird von einer Familie im englischen Devon gebaut. Das Haus in der Nähe von Exeter heißt Autarkic, was autark bedeutet, und wird Strom aus Sonnenkollektoren erzeugen, ihn in Wasserstofftanks speichern und das gesamte Wasser und Abwasser vor Ort aufbereiten. Nick Moffat, 38, und seine Frau Kyrenia, 37, bauen das Vier-Schlafzimmer-Haus in einer Waldlichtung (Abb. 9).
 
Es dauerte sieben Jahre, bis die beiden eine Baugenehmigung nach den Regeln erhielten, die „wirklich innovative“ neue Häuser auf dem Land erlauben. Das nach dem Niedrigstenergie-Passivhaus-Standard errichtete Gebäude wird Strom aus 72 Photovoltaik-Paneelen erzeugen. Anstatt ihn in herkömmlichen elektrischen Batterien zu speichern, werden sie einen Elektrolyseur verwenden, um Wasserstoff zu erzeugen, der dann unter hohem Druck gespeichert wird. Nachts und im Winter wird der Wasserstoff einer Wasserstoff-Brennstoffzelle, ähnlich wie in Bussen, zugeführt, um das Haus mit Strom zu versorgen. Er kann auch in einen Wasserstoffkessel geleitet werden, um das Haus zu heizen. Jeder überschüssige Wasserstoff kann die Wasserstoffautos antreiben, die das Ehepaar kaufen will. Ein Bohrloch liefert Trinkwasser, das in einer Umkehrosmoseanlage gereinigt wird. Eine Regenwassernutzungsanlage fängt 
 
Wasser für die Toiletten und den Garten auf. Eine Kläranlage zersetzt Abwasser in relativ sauberes Wasser, das in eine Sickergrube fließt. Es wird angenommen, dass der Einbau der Technologie in das Haus etwa 600 000 Euro kostet. Einige Schulen und Universitäten werden ein Recht auf Besichtigung des Hauses haben, wofür das Ehepaar ein Sichtfenster in seinem Pflanzenzimmer einbauen wird. Die Regierung finanziert Forschungsarbeiten darüber, wie Wasserstoff dazu beitragen kann, das Ziel von Netto-Null-Kohlenstoffemissionen bis 2050 zu erreichen. Die Technologie zur Herstellung von Wasserstoff in großem Maßstab existiert noch nicht.
 
Das Ehepaar, das eine Firma namens Autarkic Living gegründet hat, um anderen Menschen zu helfen, die Häuser nach ähnlichen Prinzipien bauen wollen, hofft, das neue Haus im Juli beziehen zu können.
 
Man muss dieses junge Paar bewundern. Aber ist in diesem Haus nicht zu viel Technik verpackt? Sonnenkollektoren mit DC/AC-Wandlern, Wasserelektrolyseur, Brennstoffzellen, Wasserstoffspeicher und Kompressor, Wärmepumpe ... außerdem die Wasseraufbereitungs- und Abwasserbeseitigungsanlagen. Wie benutzerfreundlich sind diese Technologien? Betrachten wir dies als ein Experiment, von dem sicherlich andere Menschen lernen werden.
 

Anschrift des Verfassers

Dr. Anselm T. Kuhn, c/o Metal Finishing Services Ltd., 105 Whitney Drive, Stevenage, Herts, SG14BL/England; Fax: +44/1438-906306, 
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
 
Anmerkung der Redaktion: Die im „Brief aus England“ abgedruckten politischen Inhalte müssen nicht der Auffassung von Verlag und Redaktion entsprechen, sondern sind die persönliche Meinung des Verfassers.
 
 

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  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr. Anselm T. Kuhn

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