MATERIALWISSENSCHAFTLICHE UND VER- VER-FAHRENSTECHNISCHE ENTWICKLUNGEN

Die Identifikation von neuartigen Produktions-, Speicher- und Nutzungstechnologien sowie der dafür geeigneten Materialien und Verfahren ist ein strategisch wichtiges Segment des Pro-gramms. Dabei werden – sozusagen als Anten-nenfunktion – Untersuchungen durchgeführt, in denen entweder konventionelle Techniken neu kombiniert oder noch nicht genutzte bzw. neu entdeckte Prinzipien realisiert werden. So wer-den mit Erfolg Katalytische Synthesen ausge-hend von Kohlendioxid [14] studiert, wobei anthropogen erzeugtes Kohlendioxid (z.B. aus Verbrennungsprozessen) mittels geeigneter Ka-talysatoren unter ökonomisch und ökologisch attraktiven Bedingungen zu wichtigen organi-schen Produkten wie Formamiden, Carbamaten oder Carbonaten umgesetzt wird (s. Fig. 3). Zu-dem wurde das Potential von Kohlendioxid als Ersatz umweltbelastender Lösungsmittel eruiert.

Dabei wurde bei überkritischen Bedingungen gearbeitet, ein Verfahren, dessen Möglichkeiten erst fragmentarisch bekannt sind.

Figur 3: Apparatur zur Untersuchung des Phasenverhaltens: 1 Handspindelpresse, 2 Temperaturfühler, 3 Druck-aufnehmer, 4 Lichtleiter, 5 Thermo- / Kryostat, 6 WegDruck-aufnehmer, 7 Saphirglas, 8 CCD-Kamera

Schliesslich wurde zusammen mit dem Pro-gramm Umgebungswärme, Kälte, Abwärme im Gemeinschaftsprojekt AMMOTRAP [15] ein Sicherheitssystem für den Einsatz von Ammoniak in Kleinwärmepumpen erarbeitet und patentiert.

Die technische Realisierung konnte jedoch auf-grund fehlenden Interesses seitens der Unter-nehmer noch nicht weitergeführt werden.

ÖFFENTLICHKEITSARBEIT

Über die geleisteten Arbeiten des Programms Solarchemie / Wasserstoff wurde eine grosse Anzahl von Publikationen in der Fachliteratur veröffentlicht. Die Resultate der Projektarbeiten wurden auch an zahlreichen Konferenzen, an Hochschulen und Fachforen in Form von

Vorträ-gen und Postern präsentiert. Detaillierte Anga-ben betreffend Publikationen können den Jah-resberichten der Projektleiter entnommen bzw.

bei ENET (www.energieforschung.ch) herunter-geladen werden. Daneben sind zwei Übersichts-artikel von Projektnehmern besonders erwäh-nenswert. Sie wurden in der sehr angesehenen Zeitschrift Nature publiziert und für eine breite Leserschaft verfasst. Mit dem Titel Photoelec-trochemical Cells [17, 3] lieferte M. Grätzel einen gut verständlichen Einblick in die photo-chemische Produktion von Wasserstoff. Der Arti-kel Hydrogen-storage materials for mobile applications [18, 13] von L. Schlapbach und A. Züttel vermittelt den state-of-the-art eines äusserst zukunftträchtigen Themas.

Nationale Zusammenarbeit

Die Vernetzung und Schwerpunktsbildung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konn-te verstärkt werden. Dies gilt insbesondere für den Teil Solarchemie, in dem sich um das PSI als Zentrum ein Netzwerk von Hochschulen und Industrien bildet und in dem auch mit anderen Programmen aktiv kooperiert wird. Auch die Zusammenarbeit der Universitäten Genf und Bern, sowie der EPF-Lausanne bei der Optimie-rung von Photoelektroden führte zu einem inter-national beachteten Kompetenzaufbau.

Durch die Gründung des schweizerischen Was-serstoff-Kompetenzzentrums HYDROPOLE^® im Herbst des Berichtsjahrs steht nun eine Platt-form zur Verfügung, die nicht nur InPlatt-formationen zur Herstellung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff aufbereitet und verteilt, sondern auch aktiv die Koordination und Vernetzung zwischen Forschung und Technik, Hochschule und Industrie betreiben soll.

Internationale Zusammenarbeit

Ein Grossteil der Aktivitäten ist in internationale Forschungsprogramme integriert. Folgende Pro-gramme wurden mit Mitteln des Programms Solarchemie / Wasserstoff gefördert:

• Internat. Leitung des IEA-Projekts Solar Che-mistry (SolarPACES), Task II

• Internat. Leitung des IEA-Projekts Photopro-duction of Hydrogen and Case Studies of In-tegrated Systems

Wissenschaftliche Zusammenarbeiten erfolgten mit einer grösseren Anzahl von Partnerinstitutio-nen. Als wichtigste sind zu nennen:

• Australian National University, Canberra

• Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln

• Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg, Deutschland

• Anwenderzentrum für Material- und Um-weltwissenschaften, Wissenschaftszentrum Umwelt, sowie Lehrstuhl für Festkörperche-mie, Universität Augsburg

• Solarforschungszentrum Odeillo, Frankreich

• Solar Energy Research Center, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel

• Boreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk, Russland

• Plataforma Solar de Almerìa, Tabernas, Spa-nien

• AG Solar, Nordrhein-Westfalen, Deutschland

Bewertung 2001 und Ausblick 2002

Das Berichtsjahr kann als erfolgreich gewertet werden. Es wurden neben den wissenschaftlich-technischen Fortschritten vor allem mit HYDRO-POLE^® Strukturen geschaffen, die eine bessere Koordination und Effizienzsteigerung der Arbei-ten im Bereich Wasserstoffforschung verspre-chen. Auch die Konzentration auf Schwerpunkt-themen und die Förderung von Kooperationen konnten vorangetrieben werden. Neben den Hauptthemen konnte insbesondere mit den Arbeiten zum Thema Druckluftspeicherung in-teressante Fortschritte erreicht werden. Es scheint, dass diese Technologie optimal mit der Solartechnologie gekoppelt werden kann. Im Rahmen der öffentlichen Verleihung des Hans-Moppert-Preises unter der Ägide der Bank Sara-sin, Basel, wurde unter anderen das vom BFE geförderte Projekt über Druckluft als Energie-speicher [16] ausgezeichnet.

Funktionsmaterialien, die in solarthermischen oder photoelektrochemischen Verfahren, aber auch als Speichermaterialien zum Einsatz kom-men, gewinnen für die effiziente und verlässliche Nutzung immer grössere Bedeutung. Dement-sprechend wird der Charakterisierung von und der Information über Materialien und deren Eigenschaften ein hoher Stellenwert beigemes-sen. Dies ist gerechtfertigt, da gerade in den erfolgreichen Projekten die entscheidenden Ma-terialien selbst hergestellt und/oder optimiert

werden. In einigen Fällen geschieht das in insti-tutsübergreifenden Kooperationen. Als weitere vielversprechende Technologien erwiesen sich neu entwickelte, solar betriebene Heissölspei-cher, Flüssiglichtleiter sowie Niedertemperatur-Stirlingmotoren. All diese Technologien sind vorerst noch Nischenprodukte, weisen jedoch ein grosses und breit gefächertes Einsatzpotential auf. Es wird jedoch entscheidend sein, die richti-gen Industriepartner zu finden, die fähig sind, wettbewerbsfähige Produkte serienmässig her-zustellen.

Im kommenden Jahr soll HYDROPOLE^® noch stärker etabliert und vernetzt werden, d.h. dass weitere Partner aus Hochschule und Industrie zur Mitarbeit überzeugt werden müssen. Hauptthe-men werden die effiziente Bereitstellung, eine sichere Speicherung und ein attraktives Spek-trum von Nutzungsmöglichkeiten des Wasser-stoffs bleiben. Es ist abzusehen, dass auch eine vertiefte Zusammenarbeit mit den BFE-Programmen Biomasse, Brennstoffzellen und Verbrennung zustande kommt.

Im September 2002 wird in Zürich das 11^th Inter-national Symposium on Concentrated Solar Po-wer and Chemical Energy Technologies von PSI, ETHZ und BFE organisiert. Zu dieser für Hoch-temperatur-Solartechnik wichtigsten Veranstal-tung werden die weltweit führenden Experten erwartet.

Liste der F+E-Projekte

(JB) Jahresbericht 2001 vorhanden (SB) Schlussbericht vorhanden (ZB) Zwischenbericht vorhanden

ENET: Bestellnummer des Berichts bei ENET

[1] Shui-Ching Ho, G. Reber, D. Kohler, R. Steiner und P. Oelhafen, (peter.oelhafen@unibas.ch) UNI Basel: Materialien für nachhaltige Technologien in der Energieumwandlung und Energieeinsparung (JB)

[2] J. Augustynski (jan.augustynski@chiam.unige.ch), M. Ulmannn, UNI Genève: La photolyse de l’eau et la production d’hydrogène et d’oxygène au moyen de l’énergie solaire (JB)

[3] M. K. Nazeeruddin und M. Grätzel, (Michael_Graetzel@icp.dc.epfl.ch) EPF-Lausanne: Genera-tion of Hydrogen by Water Splitting with Visible Light (JB)

[4] G. Calzaferri, (gion.calzaferri@iac.unibe.ch) UNI Bern: Photochemische und photoelektro-chemische Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie (JB)

[5] A. Meier, (annton.meier@psi.ch) PSI Villigen, und E. Bonaldi, QUALICAL: Solare Herstellung von Kalk (JB)

[6] R. Palumbo (robert.palumbo@psi.ch) and A. Steinfeld, (aldo.steinfeld@psi.ch) PSI Villigen: Solar thermal production of zinc (JB)

[7] M. Sturzenegger, m.sturzenegger@psi.ch) I. Alxneit, M. Musella, H. R. Tschudi, PSI Villigen:

Auf dem Weg zu solaren Brennstoffen – Physikalisch-chemische Beiträge zur Ent-wicklung von Solarreaktoren (JB)

[8] D. Cannavò und T. Gerber, (thomas.gerber@psi.ch) PSI Villigen: Darstellung und Spektro-skopie von ZnO bzw. Zn_xOy in der Gasphase (JB)

[9] P. von Zedtwitz (peter.vonzedtwitz@pre.mavt.ethz.ch) und A. Steinfeld, ETH-Zürich: Solar decarbonization of fossil fuels – clean energy technologies for CO₂ mitigation (JB) [10] S. Biollaz, (serge.biollaz@psi.ch) M. Sturzenegger und S. Stucki, PSI Villigen:

Redox-Kreisprozess zur Produktion von reinem Wasserstoff aus dem Rohgas eines Holzver-gasers (REDOX-Filter) (JB)

[11] B. Schaffner, PSI Villigen, W. Hoffelner, RWH Consult GmbH, Oberrohrdorf und A. Steinfeld, (aldo.steinfeld@psi.ch) ETH Zürich: Solarthermische Prozesse in der Kreislaufwirtschaft (JB)

[12] K. Yvon, (klaus.yvon@cryst.unige.ch) UNI Genève: Destabilisation of metal hydride com-plexes and theoretical modelling (JB)

[13] A. Züttel und L. Schlapach, (andreas.zuettel@unifr.ch) UNI Fribourg:Wasserstoff in Kohlen-stoffstrukturen und in Metallen (JB)

[14] A. Baiker, (baiker@tech.chem.ethz.ch) ETH-Zürich:Katalytische Synthesen ausgehend von mineralischen Kohlendioxid-Quellen (JB)

[15] Th. Kopp, (tkopp@hsr.ch) FH Rapperswil, A. Flück, NEK Zürich und A. Reller, UNI Augsburg: AMMOTRAP (SB) ENET 200131

[16] I. Cyphelly, (cmr@ran.es) Cudrefin: Quasi-isothermes Füll- und Entladesystem für Hoch-druckgasflaschen (P+D-Projekt, ZB)

Referenzen

[17] M. Grätzel, Photoelectrochemical Cells, Nature, 414, p. 338-344, 2001.

[18] L. Schlapbach und A. Züttel, Hydrogen-storage materials for mobile applications, Na-ture, 414, p. 353-358, 2001.

BIOMASSE

Überblicksbericht zum Forschungsprogramm 2001