Solartürme und Schwerter in Spanien

In Spanien wollte ich eigentlich zwei Gruppen besuchen. Aber leider musste ein Besuch abgesagt werden. Da die Forschung in dieser Gruppe für mich super spannend ist, fand ich es sehr schade, aber es wird wahrscheinlich nicht die letzte Planänderung gewesen sein. Die Gruppe beschäftigt sich mit Toxizität von Nanomaterialien. Allerdings untersuchen sie nicht die Toxizität im klassischen Sinne, sondern untersuchen mit welchen Mengen von Nanomaterialien wir bei verschiedenen Arbeiten in Kontakt kommen. Dies wird oft bei Toxizitätsstudien vergessen und deswegen hätte ich sehr gerne etwas drüber gelernt. Ich hoffe sehr, dass ich noch eine Gruppe finde, die eine ähnliche Forschung betreibt…

Der Vorteil ist, dass ich mehr Zeit hatte Madrid und Umgebung zu erkunden und es lässt sich auf jeden Fall ein gewisser Mentalitätsunterschied zwischen den Spaniern zu Finnland feststellen… In Madrid kann man unglaublich viel Kultur und Geschichte erleben und wenn man irgendwann genug rumgelaufen ist, kann man es sich in La Latina mit Sonne, Bier und Tapas sehr sehr gut gehen lassen… Darüber hinaus gibt es mit dem Retiro-Park einen extrem schönen Ort in dem man gut laufen kann oder den ganzen Tag in der Sonne genießen…

Links: Der Palacio Real, die offizielle Residenz des spanischen Königshauses. Rechts: Die Madrilenen haben etwas, was in Dortmund vermisst wird…

Die Gruppe, die ich besucht habe forscht an der Universität Carlos III zu Madrid. Die Gruppe, in der auch mein Gastgeber Dr. Jesús Gómez Hernández arbeitet, beschäftigt sich zwar nicht mit Nanotechnologie, allerdings ist das Forschungsgebiet nicht minder interessant. Sie forschen an Solarturmkraftwerken. Da Spanien mit über die meiste Sonneneinstrahlung in Europa verfügt, ist das Interesse an sonnengetriebenen erneuerbaren Energien natürlich sehr groß. Während wir uns in Deutschland dabei fast nur auf Solarzellen konzentrieren (in denen Nanotechnologie eine wichtige Rolle spielt :)), wird in Spanien auch in großem Maße an den Solartürmen geforscht. Die Kraftwerke haben es sogar schon in dem genauso schlechten, wie unterhaltsamen Film: Sahara – Abenteuer in der Wüste; auf die Hollywoodleinwand geschafft…Um elektrischen Strom zu erzeugen, nutzen Solartürme eine riesige Fläche von Spiegeln (sog. Heliostate) die Sonnenlicht konzentrieren. Mit dem konzentrierten Sonnenlicht wird Wärme erzeugt, die wiederrum in elektrischen Strom umgewandelt wird. Daher bestehen Solartürme  generell aus drei Teilen: 1.) den Heliostaten 2.) dem Absorber 3.) einem Generator.

Links: Schematische Darstellung eines Solar Turms. Rechts: Auch ich musste etwas meiner Forschung in Madrid teilen.

Der Großteil der heutigen Forschung beschäftigt sich mit der Verbesserung der Heliostate, da diese ungefähr 50% der Investitionskosten des Kraftwerks ausmachen. In der Gruppe in Madrid wird allerdings an dem Absorber geforscht, bzw. an der Umwandlung der Sonnenstrahlung zu Wärme. Dabei werden zwei Ansätze verfolgt. Ersten kann ein genaues Verständnis, der Umwandlung von Sonnenstrahlung zu einer Einsparung der benötigten Spiegelfläche führen und zweitens sind die Absorber erheblichen Stress ausgesetzt, der zu Materialermüdung führen kann. Stehen die Solartürme in der Nordhalbkugel (wie z.B. in Spanien), wird die Nordseite des Turms der intensivsten Strahlung ausgesetzt, das heisst, dass die Wärmeeinstrahlung dort am Stärksten ist. Zusätzlich befindet sich innerhalb des Absorbers ein Rohrnetzwerk in dem eine Flüssigkeit erwärmt wird. Da jeder zweitklassige Mallorca-Schlagersänger weiß, dass die Sonne am stärksten Mittags strahlt, der Stromverbrauch aber Morgens und Abends am höchsten ist, braucht man eine Flüssigkeit die Wärme lange Speichern kann. Deswegen benutzen moderne Solartürme Flüssigsalz. Es konnte bereits gezeigt werden, dass durch die Benutzung von Flüssigsalz Strom mehrere Stunden ohne Sonneeinstrahlung erzeugt werden konnte, da man die erzeugte Wärme lange speichern kann. Wie sich die Wärme aber in dem Flüssigsalz verteilt ist noch weitgehend unklar. In einer Studie konnten die Forscher aus Madrid z.B. zeigen, dass sich auch die Vorderseite der Rohre im Vergleich zu deren Rückseite wesentlich stärker erwärmen (Rodriguez-Sanchez, M.R. et al. (2014) Appl. Therm. Eng., 63, 428-438 ). Beide Effekte, die einseitige Erwärmung an der Nordseite des Absorbers, sowie die unterschiedliche Erwärmung der Rohre innerhalb des Absorbers können zu massiven Belastungen am Material führen.