Energieversorgung in der Antarktis

Auch am Süd­pol scheint die Sonne – im Som­mer sog­ar fast rund um die Uhr. Forschungssta­tio­nen kön­nten im Som­mer mit Son­nen­licht „solaren Wasser­stoff“ pro­duzieren und so auf Erdöl weit­ge­hend verzicht­en. Wasser­stoff besitzt eine hohe Energiedichte, lässt sich gut spe­ich­ern und bei Bedarf als Brennstoff nutzen, ohne die Umwelt zu belas­ten. Matthias May, HZB, und Kira Rehfeld, Uni Hei­del­berg, wollen nun über­prüfen, ob die solare Brennstof­ferzeu­gung in der Antark­tis real­isier­bar ist. Das Pro­jekt wird von der Volk­swa­gen­s­tiftung gefördert.

Neben Pin­guinen leben vor allem Forscherin­nen und Forsch­er in der Antark­tis: Sie sam­meln Neu­tri­nos, analysieren Gletsch­er und Eis­bohrk­erne oder unter­suchen, wie Organ­is­men die lebens­feindlichen Bedin­gun­gen über­ste­hen. Die Forschungssta­tio­nen wer­den ganzjährig betrieben und benöti­gen Wärme und Strom, die zu einem großen Teil mit Erdöl erzeugt werden.

Wie aufwendig der Trans­port von Erdöl in diese Region der Erde jedoch ist, merk­te die Umwelt­physik­erin Dr. Kira Rehfeld, Uni­ver­sität Hei­del­berg, als sie selb­st an ein­er Antark­tis-Expe­di­tion teil­nahm. Selb­st kle­in­ste Leck­a­gen sind für das empfind­liche Ökosys­tem ein enormes Prob­lem, daher müssen beim Trans­port strenge Aufla­gen beachtet werden.

Gle­ichzeit­ig scheint während der Som­mer­monate die Sonne in der Antark­tis rund um die Uhr und sehr inten­siv. Wäre es nicht möglich, diese Sonnenen­ergie in eine Energieform umzuwan­deln, die sich gut spe­ich­ern lässt? Diese Idee spielte Kira Rehfeld nach ihrer Heimkehr zusam­men mit dem HZB-Experten Dr. Matthias May durch. May forscht an kom­plex­en Mate­ri­al­sys­te­men, die mit Son­nen­licht Wass­er in Sauer­stoff und Wasser­stoff auf­s­pal­ten. Wasser­stoff spe­ichert die Energie des Lichts als chemis­che Energie. Bei Bedarf kann diese chemis­che Energie wiederum in elek­trische Energie (Strom) oder Wärme umge­wan­delt wer­den, wobei nur Wass­er entste­ht und keine schädlichen Emissionen.

Und ein zen­traler Punkt: Wasser­stoff-Gas lässt sich sehr gut in Druck­flaschen spe­ich­ern, sodass Wasser­stoff auch für die Win­terzeit zur Ver­fü­gung ste­ht. Rehfeld und May wollen nun in ein­er Mach­barkeitsstudie prüfen, inwieweit die Tech­nolo­gie auch unter den extremen Bedin­gun­gen der Antark­tis funk­tion­iert. Das Pro­jekt wird von der Volk­swa­gen­s­tiftung für 18 Monate mit 120.000 Euro gefördert.

Dabei müssen sie Lösungsan­sätze für eine Rei­he von Prob­le­men entwick­eln: Denn für die solare Wasserspal­tung müssen pho­to­voltais­che Schicht­en mit den elek­tro­chemis­chen Reak­tio­nen kom­biniert wer­den. Während die Pho­to­voltaik recht gut bei Tem­per­a­turen unter null Grad funk­tion­iert, laufen chemis­che Reak­tio­nen nur sehr langsam ab, wenn es kalt ist. Außer­dem müssen Mod­ule für die Erzeu­gung von Wasser­stoff mit Son­nen­licht weit­ge­hend wartungs­frei und autonom laufen.

Beson­ders preis­gün­stig müssen die ersten Lösungsan­sätze dage­gen nicht unbe­d­ingt sein. „Der Siegeszug der Pho­to­voltaik hat auch mit Solarzellen begonnen, die zunächst sehr teuer waren und nur in Satel­liten einge­set­zt wer­den kon­nten“, argu­men­tiert May. „Auch die Ver­sorgung der antark­tis­chen Sta­tio­nen mit Erdöl ist sehr aufwendig und zudem mit hohen Risiken für die Umwelt ver­bun­den. Es ist auf jeden Fall lohnend, über Alter­na­tiv­en nachzu­denken“, betont Kira Rehfeld.

Zur Förderini­tia­tive “Exper­i­ment!” der Volk­swa­gen­s­tiftung: “Exper­i­ment!” richtet sich an Forscherin­nen und Forsch­er, die eine radikal neue und riskante Forschungsidee austesten möcht­en. Sie erhal­ten die Möglichkeit, während ein­er explo­rativ­en Phase erste Anhalt­spunk­te für die Tragfähigkeit ihres Konzeptes zu gewin­nen. Die Förderung beträgt max­i­mal 120.000 Euro und ist auf max­i­mal 18 Monate begrenzt.