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Forschung zur Prozesswärme Einfacher Aufbau, günstige Materialien: Sonnenlicht direkt für industrielle Wärme nutzen

Quelle: Pressemitteilung 2 min Lesedauer

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Ein Solarthermie-Kollektor der ETH Zürich soll industrielle Prozesswärme bis etwa 150 °C bereitstellen. Der Ansatz zeigt exemplarisch, wie sich industrielle Energieprozesse mit vergleichsweise einfacher Technik auf erneuerbare Wärmequellen umstellen lassen.

Kollektor im Test-Setup: Der Kollektor wird an einen Rahmen befestigt und an die "control und measurement" Box (unten und hinten) angeschlossen. Links oben am Rahmen wird zusätzlich ein Pyranometer befestigt, welcher die eintreffende Strahlung misst.(Bild: Michel Büchel / ETH Zürich)
Kollektor im Test-Setup: Der Kollektor wird an einen Rahmen befestigt und an die "control und measurement" Box (unten und hinten) angeschlossen. Links oben am Rahmen wird zusätzlich ein Pyranometer befestigt, welcher die eintreffende Strahlung misst.
(Bild: Michel Büchel / ETH Zürich)

Viele industrielle Prozesse benötigen Wärme, etwa zum Pasteurisieren, Sterilisieren, Kochen, Reinigen oder Trocknen. In der Chemie- und Pharmaindustrie etwa gibt es Anwendungen mit einem Wärmebedarf von bis zu 150 °C. Für diese Temperaturbereiche sind erneuerbare Lösungen bislang häufig zu teuer.

Der von ETH-Ingenieur und Pioneer Fellow Luca Thommen entwickelte Kollektor konzentriert Sonnenlicht über reflektierende Elemente auf eine Absorberplatte. Diese nimmt die Strahlung auf und überträgt die Wärme auf ein Medium wie Luft oder Wasser. Eine Isolationsschicht soll die Wärmeverluste reduzieren.

Anders als eine Photovoltaikanlage erzeugt der Kollektor keinen Strom, sondern nutzbare Wärme. Diese kann direkt in industrielle Prozesse eingespeist werden. Eine zusätzliche Umwandlung über Strom und elektrische Heizelemente entfällt dadurch.

Einfache Konstruktion soll Kosten senken

Schematische Darstellung des SolarHeat-Kollektors: links der Einsatz in der Industrie, rechts der mehrschichtige Aufbau. (Bild: Grafik mit KI erstellt: Luca Thommen / ETH Zürich)
Schematische Darstellung des SolarHeat-Kollektors: links der Einsatz in der Industrie, rechts der mehrschichtige Aufbau.
(Bild: Grafik mit KI erstellt: Luca Thommen / ETH Zürich)

Die Grundidee der konzentrierten Solarthermie ist nicht neu. Nach Einschätzung von Thommen sind entsprechende Systeme bislang jedoch wirtschaftlich häufig nicht konkurrenzfähig. Sein Ansatz setzt deshalb auf einen möglichst einfachen Aufbau und wenige, günstige Materialien. Ein großer Teil des Kollektors besteht aus Isolationsmaterial; Metall soll nur dort zum Einsatz kommen, wo es technisch erforderlich ist.

Ein erster Prototyp auf dem Dach eines ETH-Gebäudes habe die angestrebten Temperaturen erreicht. Mit Unterstützung eines ETH-Pioneer-Fellowships möchte Thommen die Technologie innerhalb eines Jahres weiterentwickeln und in einer Pilotanlage testen. Parallel dazu sucht er den Austausch mit potenziellen Kunden und Investoren.

Für mittlere Temperaturen geeignet

Der technische Ansatz adressiert einen klar eingegrenzten, aber industriell relevanten Temperaturbereich. Für Prozesse wie Pasteurisierung, Reinigung oder Destillation könnte die direkte solare Wärmeerzeugung eine Alternative zu Erdgas oder elektrisch erzeugter Prozesswärme sein. Hochtemperaturprozesse in der Stahl-, Glas- oder Zementindustrie deckt der entworfene Prototyp hingegen nicht ab.

Ob sich die Technologie im industriellen Maßstab durchsetzt, hängt deshalb nicht nur vom Kollektorwirkungsgrad ab. Entscheidend sind auch die verfügbare Dach- oder Freifläche, der Wärmebedarf im Tagesverlauf, die Einbindung eines Wärmespeichers und die Kosten im Vergleich zu Gas oder elektrischen Heizsystemen. Der geplante Pilotbetrieb muss zeigen, ob der einfache Aufbau unter wechselnder Sonneneinstrahlung zuverlässig genug arbeitet und sich wirtschaftlich in bestehende Prozesse integrieren lässt. (sb)

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