Solarthermie: Industrielle Wärme ist am günstigsten vom eigenen Dach

Was geschehen ist: Ein Durchbruch für industrielle Solarwärme

Ein Forscher der ETH Zürich hat ein neuartiges System für die Solarthermie entworfen, das darauf ausgelegt ist, die bisherige Dominanz fossiler Brennstoffe in der industriellen Wärmeerzeugung zu brechen. Während erneuerbarer Strom bereits seit längerer Zeit kostengünstiger produziert werden kann als Energie aus konventionellen Quellen, stellte die Bereitstellung von Wärme – insbesondere bei hohen Temperaturen – bislang eine signifikante technologische und ökonomische Hürde dar. Die neue Anlage zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem sie Temperaturen von bis zu 150 Grad Celsius erreicht. Damit wird ein Temperaturbereich zugänglich gemacht, der für zahlreiche industrielle Anwendungen wie die Pasteurisierung von Milchprodukten, Reinigungszyklen oder Destillationsprozesse essenziell ist. Das System ermöglicht es Unternehmen theoretisch, die benötigte Prozesswärme direkt auf dem eigenen Firmengelände, etwa auf dem Dach, emissionsfrei und kosteneffizient zu generieren. Die Entwicklung markiert einen potenziellen Wendepunkt in der industriellen Energiewende, da sie eine direkte Alternative zur Verbrennung von Erdgas bietet, die bisher bei hohen Temperaturen als die wirtschaftlichste Lösung galt.

Die Einzelheiten: Funktionsweise und Materialwahl

Das von Luca Thommen entwickelte System zeichnet sich durch eine spezifische Architektur aus, die auf Effizienz und Kosteneffizienz optimiert wurde. Im Zentrum steht ein Aufbau, der insgesamt fünf verschiedene Schichten umfasst. Diese Schichten erfüllen unterschiedliche Funktionen: Sie dienen wahlweise der effektiven Isolation oder der gezielten Absorption der einfallenden Sonnenenergie. Eine entscheidende Komponente ist dabei die optische Schicht, welche das Sonnenlicht so stark konzentriert, dass die für industrielle Prozesse notwendigen hohen Temperaturen erreicht werden können. Bei der Materialwahl wurde ein radikal minimalistischer Ansatz verfolgt, um die Herstellungskosten im Vergleich zu konventionellen Solarthermie-Anlagen, die man von Wohnhäusern kennt, drastisch zu senken. Es wird bewusst auf den Einsatz teurer Materialien verzichtet. Stattdessen kommen überwiegend leicht verfügbare und kostengünstige Dämmstoffe zum Einsatz. Metall wird im System nur dort verwendet, wo es für die präzise Reflexion des Sonnenlichts zwingend erforderlich ist. Diese Materialstrategie ist der Schlüssel, um die Anlage wirtschaftlich gegenüber der Erdgasverbrennung konkurrenzfähig zu machen.

Hintergrund: Warum die bisherige Technik nicht ausreichte

Die bisher bekannte Solarthermie, wie sie millionenfach auf privaten Eigenheimen installiert ist, stößt bei industriellen Anforderungen an ihre Grenzen. Diese Anlagen sind in der Herstellung oft zu teuer und erreichen zudem nicht die notwendigen Temperaturen, um industrielle Prozesse effizient zu unterstützen. Auch Wärmepumpen, die zwar im Bereich der Gebäudeheizung als effiziente Lösung gelten, sind für die Erzeugung der für die Industrie benötigten hohen Temperaturbereiche nur bedingt geeignet. Die Verbrennung von Erdgas war daher bisher die Methode der Wahl, da sie bei Temperaturen jenseits der 100-Grad-Marke die preiswerteste Art der Wärmeerzeugung darstellte. Die Entwicklung der ETH Zürich setzt genau hier an, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen in der Industrie zu verringern. Die Notwendigkeit einer solchen Innovation ergab sich aus dem dringenden Bedarf der Industrie, ihre CO2-Bilanz zu verbessern, ohne dabei durch übermäßig hohe Investitionskosten für neue Energietechnologien in ihrer Wettbewerbsfähigkeit eingeschränkt zu werden. Die neue Anlage soll genau diese ökonomische Hürde überwinden.

Die Beteiligten: Akteure und erste Anwendungsfelder

Der maßgebliche Kopf hinter dieser Entwicklung ist Luca Thommen, ein Forscher der ETH Zürich. Seine Arbeit findet in einem wissenschaftlichen Umfeld statt, das auf die praktische Anwendung von Technologien zur Energiewende fokussiert ist. Als erster konkreter Partner für die Erprobung und Anwendung der neuen Technologie fungiert ein Spin-off der ETH Zürich namens Climeworks. Das Unternehmen ist auf Technologien zur CO2-Entfernung spezialisiert und benötigt für seine Prozesse eine konstante Wärmezufuhr von etwa 100 Grad Celsius. Climeworks hat ein klares Interesse daran, diese Energie aus erneuerbaren Quellen zu beziehen, anstatt auf fossile Brennstoffe zurückzugreifen. Die Zusammenarbeit zwischen dem Forscher und dem Spin-off dient als wichtiger Praxistest, um die Effizienz der Solarthermie-Anlage unter realen industriellen Bedingungen zu validieren. Die Einbindung eines spezialisierten Unternehmens wie Climeworks unterstreicht das Potenzial der Technologie, direkt in bestehende industrielle Abläufe integriert zu werden, um den Übergang zu einer nachhaltigeren Energieversorgung zu beschleunigen.

Einordnung: Was dies für die Industrie bedeutet

Den Berichten zufolge stellt die Entwicklung eine signifikante Verbesserung der technologischen Möglichkeiten dar, um industrielle Wärme dezentral und nachhaltig zu erzeugen. Einzuordnen ist das so: Während die Solarthermie im privaten Bereich bereits etabliert ist, war der industrielle Sektor aufgrund der hohen Temperaturansprüche bisher ein schwieriges Feld für solare Lösungen. Sollte die Anlage von Luca Thommen ihre wirtschaftliche und technische Leistungsfähigkeit in der Praxis bestätigen, könnte dies die Art und Weise verändern, wie industrielle Betriebe ihre Energieversorgung planen. Die Möglichkeit, Wärme direkt vom eigenen Firmendach zu beziehen, reduziert nicht nur die Abhängigkeit von globalen oder regionalen Gaspreisen, sondern leistet einen direkten Beitrag zur Dekarbonisierung industrieller Prozesse. Die bewusste Entscheidung, bei der Konstruktion auf kostengünstige Materialien und eine einfache, aber hochwirksame Schichtstruktur zu setzen, deutet darauf hin, dass die Skalierbarkeit der Lösung von Beginn an mitgedacht wurde. Damit könnte die Technologie eine wirtschaftlich attraktive Alternative zu fossilen Energieträgern werden, die bisher aufgrund ihrer niedrigen Kosten schwer zu verdrängen waren.

Offene Fragen: Was noch geklärt werden muss

Obwohl das Konzept der ETH Zürich vielversprechend klingt, bleiben einige Fragen offen, die der vorliegende Text nicht beantwortet. Es ist beispielsweise noch nicht klar, wie hoch die exakten Herstellungskosten pro Quadratmeter oder pro Kilowattstunde im Vergleich zu einer industriellen Gastherme tatsächlich ausfallen werden. Auch zur Lebensdauer der verwendeten, kostengünstigen Dämmmaterialien unter den spezifischen Bedingungen der hohen Temperaturen von bis zu 150 Grad Celsius gibt es noch keine detaillierten Informationen. Zudem bleibt offen, wie die Anlage auf unterschiedliche klimatische Bedingungen reagiert, etwa bei geringer Sonneneinstrahlung, und ob zusätzliche Speichersysteme notwendig sind, um die industrielle Produktion rund um die Uhr zu gewährleisten. Die Skalierbarkeit der Produktion der Anlage selbst sowie die Frage, wie schnell eine großflächige Markteinführung erfolgen kann, werden im Quelltext nicht thematisiert. Auch die genaue Schnittstelle zur Integration in bestehende industrielle Heizkreisläufe wird nicht im Detail beschrieben, was für eine breite Anwendung jedoch eine entscheidende Rolle spielen dürfte.

Wie es weitergeht: Der Weg zur Marktreife

Die nächste Phase der Entwicklung konzentriert sich auf die Optimierung der Herstellungsprozesse. Das primäre Ziel ist es, die Solarheizung so kostengünstig wie möglich in Serie produzieren zu können. Nur durch eine effiziente Fertigung wird es für die Industrie wirtschaftlich attraktiv, die Wärme direkt aus der Sonne zu gewinnen, anstatt weiterhin auf die Verbrennung von Erdgas zu setzen. Die Zusammenarbeit mit dem Spin-off Climeworks dient dabei als wichtiger Meilenstein, um die Praxistauglichkeit unter Beweis zu stellen und die notwendigen Daten für eine breitere industrielle Anwendung zu sammeln. Zukünftige Schritte werden sich darauf konzentrieren, die gewonnenen Erkenntnisse aus der Zusammenarbeit zu nutzen, um das System weiter zu verfeinern. Es ist davon auszugehen, dass nach den ersten erfolgreichen Tests mit Partnern wie Climeworks weitere industrielle Anwendungsbereiche identifiziert werden sollen, um die Technologie schrittweise in den Markt einzuführen und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern in der industriellen Prozesswärmeerzeugung nachhaltig zu senken.