3.000 °C heiß 23.03.2017, 14:50 Uhr

Die größte künstliche Sonne der Welt leuchtet am Niederrhein

Die größte künstliche Sonne der Welt stellt einfach alles in den Schatten: 149 Hochleistungslampen leuchten 10.000 mal so stark wie das Sonnenlicht auf der Erde. Und gebündelt auf einen Fleck können die Leuchten Temperaturen von bis zu 3.000 °C erreichen. Wofür? Um zum Beispiel Solaranlagen zu testen, die künftig Wasserstoff als Treibstoff für Flugzeuge herstellen.

Synlight, die größte künstliche Sonne der Welt, besteht aus 149 Hochleistungsstrahlern, deren Herzstück je eine 7000 Watt Xenon-Kurzbogenlampe ist, wie man sie in Kinoprojektoren verwendet.

Synlight, die größte künstliche Sonne der Welt, besteht aus 149 Hochleistungsstrahlern, deren Herzstück je eine 7000 Watt Xenon-Kurzbogenlampe ist, wie man sie in Kinoprojektoren verwendet.

Foto: Markus Hauschild/DLR

Seit dem heutigen Donnerstag strahlt im Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Jülich Synlight, die größte künstliche Sonne der Welt. Die „Sonne“ besteht aus 149 Hochleistungslampen, in denen jeweils eine 7000 Watt starke Xenon-Kurzbogenlampen leuchtet, die normalerweise in Großkino-Projektoren eingesetzt werden. „Wir verwenden die Lampen, weil ihr Licht dem der Sonne am ähnlichsten ist“, sagte DLR-Projektleiter Kai Wieghardt der dpa.

10.000-mal so stark wie natürliche Sonneneinstrahlung

Die innen verspiegelten Lampenschirme haben einen Durchmesser von einem Meter und sind wabenförmig auf einer 14 m hohen und 16 m breiten Fläche angeordnet. Die Strahlen dieser Lichtquellen können auf eine Fläche von 20 x 20 cm gebündelt werden. Trifft die Strahlung der Lampen mit einer Leistung von bis zu 350 Kilowatt dort auf, hat sie die bis zu 10.000-fache Intensität der Solarstrahlung auf der Erde.

Der Forscher Volkmar Dohmen vor der größten künstlichen Sonne der Welt.

Der Forscher Volkmar Dohmen vor der größten künstlichen Sonne der Welt.

Foto: Caroline Seidel/dpa

Eine Metallplatte mit einem eingebrannten Loch hängt vor den Xenon-Kurzbogenlampen im DLR-Solarzentrum in Jülich. Werden alle 149 Hochleistungsstrahler auf einen Punkt fokussiert, sind Temperaturen von 3000 Grad Celsius erreichbar.

Eine Metallplatte mit einem eingebrannten Loch hängt vor den Xenon-Kurzbogenlampen im DLR-Solarzentrum in Jülich. Werden alle 149 Hochleistungsstrahler auf einen Punkt fokussiert, sind Temperaturen von 3000 Grad Celsius erreichbar.

Foto: Caroline Seideldpa

Dabei entstehen im Fokus der Lampen Temperaturen von bis zu 3.000 °C. „Das ist heißer als jeder Verbrennungsprozess“, verdeutlicht Wieghardt. Solche Leistungen haben aber auch ihren Preis: Die Anlage verbraucht in vier Betriebsstunden so viel Strom wie ein vierköpfiger Haushalt in einem Jahr.

Anlage soll Treibstoffe für Flugzeuge herstellen

Diese Wahnsinnspower wollen die DLR-Wissenschaftler dazu einsetzen, um Wasserstoff als Treibstoff für Flugzeuge herzustellen, der als umweltfreundlicher Treibstoff der Zukunft gilt, weil er CO2-neutral ist. „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.

Jeder der 149 Hochleistungsstrahler ist einzeln steuerbar, wodurch verschiedenste Anordnungen und Temperaturen im Fokalpunkt möglich sind - sogar bei drei parallel stattfindenden Versuchen.

Jeder der 149 Hochleistungsstrahler ist einzeln steuerbar, wodurch verschiedenste Anordnungen und Temperaturen im Fokalpunkt möglich sind – sogar bei drei parallel stattfindenden Versuchen.

Foto: Markus Hauschild/DLR

Mit der gesamten Strahlungsleistung von 350 Kilowatt wollen die DLR-Wissenschaftler Metall auf rund 800 °C erhitzen und es zugleich mit Wasserdampf umnebeln. Bei der großen Hitze reagiert das Metall mit dem Sauerstoff im Wasserdampf, übrig bleib der Wasserstoff. Dann wird die Hitze noch etwas gesteigert, bis sich der Sauerstoff wieder vom Metall löst, damit der Prozess erneut ablaufen kann. Wenn der so gewonnene Wasserstoff dann mit Kohlendioxid reagiert, entsteht ein klimaneutraler Flüssigtreibstoff.

Suche nach geeignetem Metall

Es gilt nun die solare Treibstoffproduktion effizienter zu machen, damit das Verfahren konkurrenzfähig wird. Dazu müssen die Forscher auch herausfinden, welches Metall sich besonders gut für die Abspaltung von Wasserstoff aus dem Wasserdampf eignet. Die Ingenieure liebäugeln mit Zink oder dem Element Cer, das zu den seltenen Erden zählt. 

In insgesamt drei Versuchskammern können bei Bedarf parallel Versuche durchgeführt werden. Durch den Reaktor fließt später Wasser, woraus durch die Energie des gebündelten Lichts Wasserstoff gewonnen wird.

In insgesamt drei Versuchskammern können bei Bedarf parallel Versuche durchgeführt werden. Durch den Reaktor fließt später Wasser, woraus durch die Energie des gebündelten Lichts Wasserstoff gewonnen wird.

Foto: Markus Hauschild/DLR

Mitarbeiter Volkmar Dohmen mit einem Hochleistungsstrahler der künstlichen Sonne Synlight in Jülich.

Mitarbeiter Volkmar Dohmen mit einem Hochleistungsstrahler der künstlichen Sonne Synlight in Jülich.

Foto: Caroline Seidel/dpa

Für diese Experimente ist die künstliche Sonne optimal. Denn wegen Wolken und Luftzirkulationen unter freiem Himmel können die Wissenschaftler bei natürlichem Sonnenlicht nicht mit gleichen Strahlungsverhältnissen rechnen. Und diese sind für reproduzierbare Versuche nötig.

Synlight ermöglicht solare Strahlungsleistungen von ein Mal bis zu 380 Kilowatt und zwei Mal bis zu 240 Kilowatt in drei separat nutzbaren Bestrahlungskammern. Zwei dieser Kammern wurden speziell für solarchemische Anwendungen wie die Brennstoffproduktion konzipiert und bieten direkten Zugang zu Gaswaschanlagen und Neutralisation.

Synlight kostet 3,5 Millionen Euro

Mit Synlight lassen sich auch Raumfahrtelemente auf die nötige thermische Belastbarkeit testen, die sie für den Eintritt in die Erdatmosphäre benötigen. Da die Strahlung der Xenon-Kurzbogenlampen der Sonnenstrahlung ähnlich ist, können Materialwissenschaftler damit neue Bauteile starker UV-Strahlung aussetzen, um Alterungsprozesse zu simulieren.

Die künstliche Sonne in Jülich besteht aus Xenon-Kurzbogenlampen. Im Bild ist das Nachleuchten nach einem Versuch zu sehen.

Die künstliche Sonne in Jülich besteht aus Xenon-Kurzbogenlampen. Im Bild ist das Nachleuchten nach einem Versuch zu sehen.

Foto: Caroline Seidel/dpa

Mitarbeiter des DLR-Instituts für Solarforschung prüfen die 7000 Watt starken Xenon-Kurzbogenlampen in den Hochleistungsstrahlern.

Mitarbeiter des DLR-Instituts für Solarforschung prüfen die 7000 Watt starken Xenon-Kurzbogenlampen in den Hochleistungsstrahlern.

Foto: Markus Hauschild/DLR

Das Land Nordrhein-Westfalen hat die Synlight-Anlage mit 2,4 Millionen Euro zu 70 % finanziert. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie förderte das Projekt mit 1,1 Millionen Euro.

Mit Hightech-Solartechnik kennen sich die Ingenieure in Jülich gut aus. Unweit der neuen Synlight-Sonne steht auch eine der ungewöhnlichsten Solaranlagen Deutschlands: ein Solarturm, der das Licht eines umliegendes Solarfeldes bündelt.

Auf acht Hektar stehen in Jülich 2153 bewegliche Spiegel (Heliostate) und lenken die Sonnenstrahlen auf die Spitze des 60 Meter hohen Turms. Dort werden die Strahlen von einem 22 Quadratmeter großen sogenannten Receiver aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Die angesaugte Luft heizt sich dabei auf etwa 700 Grad Celsius auf und ist ideal zur Stromerzeugung.

Auf acht Hektar stehen in Jülich 2153 bewegliche Spiegel (Heliostate) und lenken die Sonnenstrahlen auf die Spitze des 60 Meter hohen Turms. Dort werden die Strahlen von einem 22 Quadratmeter großen sogenannten Receiver aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Die angesaugte Luft heizt sich dabei auf etwa 700 Grad Celsius auf und ist ideal zur Stromerzeugung.

Foto: DLR/Lannert

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