Nesrin Özalp ist Professorin für Maschinenbau an der Texas A&M Universität in Katar und befasst sich dort mit neuartigen Solartechnologien: Sie arbeitet daran, das Erdgas Methan, also CH4, zu zerlegen in seine Bestandteile: C und H – Kohle und Wasserstoff.
"Wir wollen die chemischen Bindungen von CH4 aufbrechen. Dazu gibt es zwei Wege. Erstens: Verbrennung. Dabei erzeugt man Kohlendioxid, das Treibhausgas, und es entstehen Stickoxide. Der zweite Weg ist eine neue, klimafreundliche Technologie: Wir brechen die chemischen Bindungen allein mit konzentrierten Sonnenstrahlen auf. Das alles passiert innerhalb eines Reaktors, und heraus kommen Kohle und Wasserstoff. Die Kohlepartikel kann man herausfiltern, und übrig bleibt das Gas."
Wasserstoffgas, das man als Energieträger speichern kann. "Solare Brennstoffe" oder "Solar Fuels" wird dieser Forschungszweig genannt. In Katar wird er gezielt gefördert. Der reiche Golfstaat will sich wappnen für die Zeit nach Öl und Gas.
In ihrem Schreibtisch bewahrt Nesrin Özalp einen Zeitungsausschnitt aus der "Gulf Times" auf. Dort ist Sheikha Mozah abgebildet, die Frau des Emirs. Sie ist in Katar zuständig für Bildung und Forschung. Das Foto zeigt sie bei einer Veranstaltung in Berlin: Links neben ihr sitzt ein Vertreter der Fraunhofer-Gesellschaft, rechts ein Repräsentant der sächsischen Landesregierung. Gemeinsam lauschen die drei einem Vortrag von Nesrin Özalp.
Sie hat in Katar einen tonnenförmigen Reaktor entwickelt, den sie mit gebündeltem Sonnenlicht auf 1500 Grad Celsius aufheizen kann. Im Vergleich zu Solarreaktoren anderer Wissenschaftler hat Özalps spezieller Entwurf einen entscheidenden Vorteil: Er explodiert nicht.
"In dem Moment, wo das Methan zerlegt wird – in Wasserstoff und Kohle – kann es passieren, dass die Kohlepartikel zusammenklumpen, sich in der Nähe des Reaktorausgangs niederschlagen und alles verstopfen. Der Reaktor fliegt dann in die Luft. Dieses Problem haben alle meine Kollegen: in Frankreich, in der Schweiz, in Israel: Meinen Mitarbeitern und mir aber gelingt es nun, das Gas im Reaktor so zu verwirbeln, dass die Kohlepartikel eines nach dem anderen beim Ausgang herauskommen. Das ist sehr wichtig, man kann von einem Durchbruch auf diesem Gebiet sprechen."
Nezrin Özalp hat, mithilfe von Computersimulationen, eine besonders günstige Anordnung und Ausrichtung der Einlassöffnungen für das Methangas gefunden. Sie sorgen dafür, dass das Gas gut verwirbelt wird. Dadurch kommt es zu keinerlei Verstopfung mit Kohlepartikeln.
"Sie können das mit einer Kaffeetasse vergleichen, in der sie Zucker schnell auflösen wollen. Wie kriegt man eine Rotation in die Flüssigkeit ohne einen Löffel oder Rührer zu nutzen und ohne die Tasse zu schütteln?"
Özalp gelingt dies durch die spezielle Geometrie der Einlassöffnungen in ihrem Reaktor.
Und auch für ein zweites Problem hat sie eine Lösung anzubieten: Je nach Wetter ändert sich auch die Menge an Sonnenenergie, die dem Reaktor zur Verfügung steht. Dadurch schwankt die Temperatur und der Prozess läuft nicht gleichmäßig ab. Özalp hat darum ein spezielles Fenster mit Lamellen für den Reaktor entwickelt, das sich, elektronisch gesteuert, den Witterungsbedingungen anpasst. Ähnlich wie die Blende einer Fotokamera verkleinert sich die Öffnung bei intensivem Sonnenlicht und vergrößert sich an weniger guten Tagen. So wird es möglich, dass immer gleich viel Licht in den Reaktor kommt und die Temperatur immer im richtigen Bereich liegt.
Die Einzelheiten des Reaktordesigns sind Teil eines Patents, das Nesrin Özalp sich mit der Fraunhofer Gesellschaft teilt.
"Wir arbeiten zusammen, also die Qatar Foundation und die Fraunhofer Gesellschaft, weil Fraunhofer den weltweit besten Ruf genießt, neue Ideen in die industrielle Praxis zu bringen. Wenn Fraunhofer eine Entwicklung angeht, dann wissen alle, dass das Produkt funktionieren wird, dass es effizient und zugleich bezahlbar sein wird."
Derzeit prüfen Özalps Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik in Dresden, gemeinsam mit Experten vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt den neuen Testreaktor aus Katar. Am Ende dieser Forschungsarbeiten sollen dann, eines Tages, umwelt- und klimafreundliche Anlagen stehen, die Methan mithilfe von Sonnenlicht verwandeln können in Kohle und Wasserstoff. Die Kohle kann man dann für die Produktion von Batterien oder Autoreifen verwenden, den Wasserstoff als speicherbaren Energieträger.
"Wir wollen die chemischen Bindungen von CH4 aufbrechen. Dazu gibt es zwei Wege. Erstens: Verbrennung. Dabei erzeugt man Kohlendioxid, das Treibhausgas, und es entstehen Stickoxide. Der zweite Weg ist eine neue, klimafreundliche Technologie: Wir brechen die chemischen Bindungen allein mit konzentrierten Sonnenstrahlen auf. Das alles passiert innerhalb eines Reaktors, und heraus kommen Kohle und Wasserstoff. Die Kohlepartikel kann man herausfiltern, und übrig bleibt das Gas."
Wasserstoffgas, das man als Energieträger speichern kann. "Solare Brennstoffe" oder "Solar Fuels" wird dieser Forschungszweig genannt. In Katar wird er gezielt gefördert. Der reiche Golfstaat will sich wappnen für die Zeit nach Öl und Gas.
In ihrem Schreibtisch bewahrt Nesrin Özalp einen Zeitungsausschnitt aus der "Gulf Times" auf. Dort ist Sheikha Mozah abgebildet, die Frau des Emirs. Sie ist in Katar zuständig für Bildung und Forschung. Das Foto zeigt sie bei einer Veranstaltung in Berlin: Links neben ihr sitzt ein Vertreter der Fraunhofer-Gesellschaft, rechts ein Repräsentant der sächsischen Landesregierung. Gemeinsam lauschen die drei einem Vortrag von Nesrin Özalp.
Sie hat in Katar einen tonnenförmigen Reaktor entwickelt, den sie mit gebündeltem Sonnenlicht auf 1500 Grad Celsius aufheizen kann. Im Vergleich zu Solarreaktoren anderer Wissenschaftler hat Özalps spezieller Entwurf einen entscheidenden Vorteil: Er explodiert nicht.
"In dem Moment, wo das Methan zerlegt wird – in Wasserstoff und Kohle – kann es passieren, dass die Kohlepartikel zusammenklumpen, sich in der Nähe des Reaktorausgangs niederschlagen und alles verstopfen. Der Reaktor fliegt dann in die Luft. Dieses Problem haben alle meine Kollegen: in Frankreich, in der Schweiz, in Israel: Meinen Mitarbeitern und mir aber gelingt es nun, das Gas im Reaktor so zu verwirbeln, dass die Kohlepartikel eines nach dem anderen beim Ausgang herauskommen. Das ist sehr wichtig, man kann von einem Durchbruch auf diesem Gebiet sprechen."
Nezrin Özalp hat, mithilfe von Computersimulationen, eine besonders günstige Anordnung und Ausrichtung der Einlassöffnungen für das Methangas gefunden. Sie sorgen dafür, dass das Gas gut verwirbelt wird. Dadurch kommt es zu keinerlei Verstopfung mit Kohlepartikeln.
"Sie können das mit einer Kaffeetasse vergleichen, in der sie Zucker schnell auflösen wollen. Wie kriegt man eine Rotation in die Flüssigkeit ohne einen Löffel oder Rührer zu nutzen und ohne die Tasse zu schütteln?"
Özalp gelingt dies durch die spezielle Geometrie der Einlassöffnungen in ihrem Reaktor.
Und auch für ein zweites Problem hat sie eine Lösung anzubieten: Je nach Wetter ändert sich auch die Menge an Sonnenenergie, die dem Reaktor zur Verfügung steht. Dadurch schwankt die Temperatur und der Prozess läuft nicht gleichmäßig ab. Özalp hat darum ein spezielles Fenster mit Lamellen für den Reaktor entwickelt, das sich, elektronisch gesteuert, den Witterungsbedingungen anpasst. Ähnlich wie die Blende einer Fotokamera verkleinert sich die Öffnung bei intensivem Sonnenlicht und vergrößert sich an weniger guten Tagen. So wird es möglich, dass immer gleich viel Licht in den Reaktor kommt und die Temperatur immer im richtigen Bereich liegt.
Die Einzelheiten des Reaktordesigns sind Teil eines Patents, das Nesrin Özalp sich mit der Fraunhofer Gesellschaft teilt.
"Wir arbeiten zusammen, also die Qatar Foundation und die Fraunhofer Gesellschaft, weil Fraunhofer den weltweit besten Ruf genießt, neue Ideen in die industrielle Praxis zu bringen. Wenn Fraunhofer eine Entwicklung angeht, dann wissen alle, dass das Produkt funktionieren wird, dass es effizient und zugleich bezahlbar sein wird."
Derzeit prüfen Özalps Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik in Dresden, gemeinsam mit Experten vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt den neuen Testreaktor aus Katar. Am Ende dieser Forschungsarbeiten sollen dann, eines Tages, umwelt- und klimafreundliche Anlagen stehen, die Methan mithilfe von Sonnenlicht verwandeln können in Kohle und Wasserstoff. Die Kohle kann man dann für die Produktion von Batterien oder Autoreifen verwenden, den Wasserstoff als speicherbaren Energieträger.