Andasol – das größte solarthermische Kraftwerk Europas

Mit dem im Aufbau befindlichen Andasol 3 soll 2011 das jüngste von drei baugleichen Solarkraftwerken im spanischen Andalusien ans Netz gehen. Hyperraum.TV gibt in diesem Beitrag Einblicke in die Technologie dieses innovativen Kraftwerk-Typs, die in Deutschland maßgeblich entwickelt wurde. Andasol ist die erste und bislang größte Anlage dieser Art in Europa. Mehr als 510.000 Quadratmeter Spiegelfläche ist beispielsweise für jede der drei Anlagen im Einsatz. Das entspricht der Fläche von 70 Fußballfeldern.

Dennoch: Das Besondere an diesem Kraftwerk ist nicht seine gewaltige Größe, sondern die Technologie der Solarthermie. Die zu Parabolrinnen-Kollektoren zusammengebauten Spiegel erhitzen eine in Röhren fließende Wärmeträgerflüssigkeit; sie wird durch die gebündelte Sonnenstrahlung auf bis zu 400 Grad Celsius erhitzt. Dieses Thermo-Öl wird einem Wärmetauscher zugeleitet. Dort erzeugt die Wärme Dampf mit hohem Druck. Der Dampf treibt in einem herkömmlichen Kraftwerk eine Turbine an, ihr Generator erzeugt dann Strom. Mit einer elektrischen Leistung von rund 50 Megawatt und jährlich über 3.500 Betriebsstunden werden hier pro Jahr mehr als 160 Gigawattstunden ins Netz eingespeist. Solarthermische Kraftwerke können durch die Zwischenspeicherung der Wärme aus dem Licht – anders als bei der Photovoltaik – auch nach Sonnenuntergang noch Strom produzieren. Dafür muss man die durch Sonnenstrahlung tagsüber entstehende Wärme allerdings in riesigen Tanks speichern. Eine Technologie, die in dieser großtechnischen Anwendung erstmals zum Einsatz kommt.

Ist die Solarthermie wegweisend für erneuerbare Energien? Kraftwerkbetreiber investieren bereits erheblich in diese Energiegewinnung.

Einen weiteren Artikel zu Versuchs-Anlagen der Solarthermie mit Sonnentürmen finden sie hier.

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Blaupause für die umweltfreundliche Stadt von morgen

Im Hinterland von Dubai entsteht derzeit die postmoderne Idealstadt des 21. Jahrhunderts: auto- und kohlendioxidfrei, statt dessen mit einem komplett neu konzipierten, elektrisch betriebenen Transportsystem im Untergrund. Strom kommt ausschließlich aus erneuerbaren Energien wie der Solarthermie, Abfall wird konsequent einem Recycling zugeführt und der Verbrauch an Rohstoffen intelligent gemanagt. In Kürze wird das erste Gebäude der Zukunftsstadt Masdar City seine Tore öffnen. Mit einem Startkapital von 15 Milliarden Dollar ausgestattet, soll die Stadt dann ab 2016 rund 50.000 Menschen sowie 1500 Firmen und Institutionen auf einer Fläche von sechs Quadratkilometern qualitativ höchstwertigen Lebensraum bieten. Eine auf den ersten Blick erstaunliche Kehrtwendung. Denn bis heute eilt den hochtechnisierten Arabern der Vereinigten Arabischen Emirate nicht der Ruf ökologischer Vordenker voraus. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Energie ist in dieser ölfördernden Zone bis dato doppelt so hoch wie etwa in den USA. Aber um auch nach dem Versiegen der Ölquellen im globalen Energiemarkt tonangebend bleiben zu können, sammeln sie jetzt schon Know-how für das Szenario erneuerbarer Energien. Die in Masdar City vorgezeigte Umweltidylle ist derzeit nicht wirklich finanzierbar. So muss die Stadt die hohe Einsparung an Kohlendioxid über den in Kyoto verhandelten Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung auf dem Weltmarkt teuer weiter verkaufen.

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Der Biologie abgeschaut: Lack zur Reduzierung des Strömungswiderstandes

Es gibt nicht nur einen Grund, den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen und Schiffen zu senken. Es reduziert Kosten, ist aber auch ein Beitrag zum Klimaschutz durch Absenkung des CO2-Ausstoßes. Die Reduzierung des Strömungswiderstandes ist auch in der Luft und auf dem Wasser ein probates Mittel dafür. Um solche – heute schon strömungsoptimierte Formen – weiter zu verbessern, ist es notwendig, die Mikrostruktur der Oberfläche zu verändern. Der vor über 30 Jahren entdeckte Riblet-Effekt bei Haien kann hier weiterhelfen. Er beschreibt die nur Mikrometer tiefen Längsrillen, die das Strömungsverhalten des Hais optimieren. Diese biologische Methode ist auch die Grundlage für eine Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. Dr. Vokmar Stenzel, Yvonne Wilke und Manfred Peschka haben einen Lack samt Applikationstechik entwickelt, der den Strömungswiderstand von Flugzeugen verbessert.

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Solartürme vor dem großtechnischen Durchbruch?

Unter der heißen Sonne Spaniens arbeiten Energieforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR, auf der Solarforschungsanlage Plataforma Solar de Almeria. Auf einem 100 Hektar großen Gelände testen Mitarbeiter des Instituts für Technische Thermodynamik unterschiedliche Solartechnologien unter praxisnahen Bedingungen. Die Anlage ist damit ein weltweit führendes Testzentrum für konzentrierende Hochtemperatur-Solartechnik. 

In solarthermischen Anlagen wird die Sonnenstrahlung mit Spiegeln gebündelt und in Form von Wärme zu einem zentralen Kraftwerk übertragen. Dort erzeugt die Wärme über einen Wärmetauscher Wasserdampf. Dieser treibt anschließend eine konventionelle Turbine an. Diese ist an einen Generator gekoppelt, der den Strom erzeugt. Im Vergleich zur Photovoltaik, die Strom direkt aus Sonnenlicht gewinnt, bietet dieses Verfahren zwei wesentliche Vorteile: Die erzeugte Wärme lässt sich speichern, die Turbine kann also auch dann Strom erzeugen, wenn die Sonne nicht scheint. Außerdem ist eine Zufeuerung über konventionelle Methoden im Kraftwerk möglich. Aus diesem Grund sehen Energie-Erzeuger in solarthermischen Kraftwerken eine großtechnisch effektive Methode.

In Almeria testet die DLR unterschiedliche Methoden, darunter auch den Solarturm. Die Sonnenenergie wird auf einen Receiver an der Spitze eines Turms gebündelt. Hier kommt sie über einen Wärmetauscher zum Kraftwerk. Diese Technologie wird auch in Jülich von den Stadtwerken als Versuchs- und Demonstrationsanlage getestet. Die sogenannten Parabolrinnen-Kollektoren fokussieren demgegenüber die Lichtstrahlen über eine gekrümmte Spiegelfläche auf eine zentral verlaufende Röhre. Sie ist mit fließendem Öl gefüllt, das sich aufheizt und die darin gespeicherte Wärme zum zentralen Kraftwerk transportiert.

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Fraunhofer-Institut entwickelt Konzentrator-Solarzelle mit 41 Prozent Wirkungsgrad

Ein Manko der Solarzellen ist ihr schlechter Wirkungsgrad: Bisher wandeln sie nur 10 bis 15 Prozent der einfallenden Sonnenenergie in Strom um. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben jüngst eine neue Technologie vorgestellt, die es ermöglicht, einen größeren Teil des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln. Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth haben eine Solarzelle entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 41,1 Prozent besitzt. Das ist derzeit Weltrekord. Sie besteht aus drei verschiedenen Materialien, die übereinander gestapelt sind und dadurch das Sonnenspektrum viel energieeffizienter verwerten. Statt Silizium verwenden die Freiburger Wissenschaftler in ihren Solarzellen die Stoffe Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium. So entsteht eine Mehrfachsolarzelle, die nahezu das gesamte Spektrum des Sonnenlichts in elektrischen Strom umwandeln kann. Ursprünglich wurden solche Mehrfachsolarzellen für die Stromerzeugung im Weltall entwickelt. In Zukunft sollen sie auch auf der Erde Strom zu günstigen Preisen erzeugen. Sie sollen bereits 2011 auf den Markt kommen.

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Fraunhofer-Institut entwickelt neuartige Beschichtung für Bauteile und Werkzeuge aus Keramik

Ein Material mit hohem Verschleißschutz zu entwickeln, war das Ziel eines Teams aus Forschung und Industrie. Ihre Lösung verleiht besonders beanspruchten Werkzeugen und Bauteilen eine längere Lebensdauer bei verbessertem Einsatzverhalten. Die grundlegende Idee war es, die Eigenschaften von Keramik mit denen von Diamant zu verbinden. Möglich wurde die Umsetzung dieser Idee durch Entwicklungen am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. Dr. Mathias Herrmann und sein Team verbesserten die Haftfähigkeit der Diamantbeschichtung auf Keramik-Oberflächen. Damit konnten Dr. Lothar Schäfer und Dr. Markus Höfer vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig in einem aufwändigen Prozess Gleitringdichtungen mit dem härtesten aller Stoffe beschichten. Das Material bestand bei der Firma Eagle Burgmann, einem der weltweit führenden Hersteller von Dichtungen, den Belastungstest bereits erfolgreich. Die Kombination von Keramik und Diamant ist künftig für viele Anwendungen denkbar – zum Beispiel für Komponenten im Maschinenbau oder für Werkzeuge mit besonders hohem Verschleiß.

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Ray Kurzweil: Wenn Mensch und Maschine eins werden

Zum vierten Mal fand in Dresden das Zukunftsforum statt. Auf Einladung der T-Systems Multimedia Solutions trafen sich Netz-Experten zum Gedankenaustausch. Hyperraum.TV berichtet in dieser Reportage über die Highlights der Veranstaltung. Keynote-Speaker war der amerikanische Autor Ray Kurzweil, den Forbes einmal als die „ultimative Denkmaschine“ bezeichnet hat. Der Titel seines Dresdener Vortrages: „Das Web in uns: Wenn Mensch und Maschine eins werden“. Schon in den nächsten 15 Jahren werden seiner Meinung nach intelligente Nanoroboter nicht nur in der Umwelt, sondern auch in unserem Gehirn integriert sein. Sie werden mithelfen, unsere Lebensdauer zu verlängern und uns mit einer erweiterten Intelligenz ausstatten. Die Konsequenz wird nach Meinung von Kurzweil eine Verschmelzung von Mensch und Maschine sein. „Das World Wide Web. Möglichkeiten, Herausforderung, Verantwortlichkeit“ – dazu sprach Sir Tim Berners-Lee im zweiten großen Hauptvortrag. Der Physiker wird als Erfinder von html, der Programmiersprache des Internet, gern auch als „Begründer des www“ tituliert. Eigentlich wollte er nicht viel mehr, als die Instituts-interne Arbeit von Forschern an dezentralen Echtzeitsystemen zu vereinfachen. Heute versucht er auch mit seiner Web-Foundation, das Internet allen Menschen der Erde zugänglich zu machen.
Susanne Päch hat im Umfeld dieser Veranstaltung mit dem Industrieberater Dr. Gerhard Wohland und Dr. Sven Hischke aus der Deutschen Telekom Interviews geführt, die Sie hier sehen können.

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Dr. Gerhard Wohland und Dr. Sven Hischke auf dem 4. Dresdner Zukunftsforum

Im Juni 2010 fand in Dresden das 4. Zukunftsforum statt, bei dem sich die Welt der Netz-Experten traf. Auch Dr. Gerhard Wohland war unter den Rednern. Der Berater sucht seit 25 Jahren nach dem Erfolgsschlüssel für Innovation. Er hat eine schmerzhafte Erkenntnis gewonnen, die sich auch im Titel seiner Präsentation auf dem Zukunftsforum niederschlug: “Innovation ist das letzte Glied einer Kette von Niederlagen”. Entgegen den Versuchen von Konzernen, solche Niederlagen zu eliminieren, ist Wohland der Meinung, dass sie zwangsläufig und unvermeidlich sind. Sehen Sie hier ein Interview, das Dr. Susanne Päch mit ihm auf dem Zukunftsforum machte, ebenso ein Gespräch mit Dr. Sven Hischke, dem Leiter Innovationsmanagement der Deutschen Telekom, zu Fragen der Entwicklungsgeschwindigkeit von Innovationen und zur Perspektive der Cloud-Technologie.
Eine Reportage von Hyperraum.TV über das 4. Dresdner Zukunftsforum mit den Top-Reden von Ray Kurzweil und Prof. Tim Berners-Lee finden Sie hier.

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Bis 2020 eine Million E-Autos auf Deutschlands Straßen?

Das Automobil – seit hundert Jahren auf den Straßen der Welt zu Hause, steht möglicherweise vor einer Revolution. Nicht zuletzt dank der dramatisch gestiegenen Ölpreise kommt das Konzept des Elektroautos wieder in Mode. Leise ist es, zugleich auch umweltschonend, aber auch noch teuer. Aber der Preis ist nicht die einzige Hürde, die auf dem Weg zum Elektroantrieb steht. E-Autos erfordern auch ein komplett neues Tanknetz mit anderen Tankmodalitäten, da der vergleichsweise lange Ladevorgang ein Stop and Go an der Tankstelle wie heute nicht zulässt. Weltweit hat dennoch ein Entwicklungswettkampf um den Zukunftsmarkt Elektroauto begonnen. Auch die deutsche Industrie steigt jetzt – reichlich spät – in den weltweiten E-Trend ein. Die Bundesregierung fordert gar eine Million Elektro-Fahrzeuge bis 2020 auf Deutschlands Straßen. Bei der Entwicklung der Fahrzeuge bildet die optimierte Speicherung des Stroms eine zentrale Komponente. Batterien verteuern sich in der Herstellung allerdings erheblich, wenn die Reichweite von E-Fahrzeugen verbessert werden soll, wie der Verband der Elektroindustrie VDE in einer jüngst veröffentlichten Studie berichtet. Am 8. und 9. November 2010 wird der VDE übrigens in Leipzig einen großen Kongress veranstalten. Rund 1500 Experten werden erwartet, die über „E-Mobility: Technologien – Infrastruktur – Märkte“ diskutieren, und dabei Innovationen und Strategien für die Zukunft der mobilen Gesellschaft präsentieren wollen.

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Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt Augenprothese aus Kunststoff

Spenderhornhäute sind rar: Allein in Deutschland warten jährlich etwa 7000 Patienten, die beispielsweise am Grauen Star erkrankt sind, auf das winzige Stück Gewebe. Ein Implantat aus Kunststoff kann künftig eine Möglichkeit bieten, wieder zu sehen. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam haben Dr. Joachim Storsberg, sein Team und weitere Kooperationspartner eine Hornhaut aus Kunststoff – eine so genannte Keratoprothese – entwickelt. Dieses Implantat könnte in Zukunft Betroffenen helfen, bei denen eine Spenderhornhaut versagt. Damit das Implantat verwachsen kann, versehen die Potsdamer Wissenschaftler den äußeren Teil der Prothese mit einem zellfreundlichen Protein. In umfangreichen Voruntersuchungen testeten die Projektpartner, welche Beschichtungen welchen Erfolg versprechen, um so Schritt für Schritt die Eigenschaften der Prothese zu verbessern. In der Fachklinik für Augenheilkunde des Universitätsklinikums Halle sind vor kurzem die ersten künstlichen Hornhäute bereits erfolgreich transplantiert worden.

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