1.050 Grad aus Sonnenlicht: Hochöfen für Stahlherstellung neu gedacht

Bei knapp 1.500 Grad Celsius liegt die Schmelztemperatur von Eisen. Hochöfen arbeiten typischerweise sogar mit Temperaturen von etwa 2.000 Grad oder mehr.

Dagegen lagen die Rekorde bei der reinen Konzentration von Sonnenlicht bisher deutlich darunter, trotz großen Aufwands. Sonnenwärmekraftwerke zum Beispiel, welche lediglich Wasserdampf erzeugen, erreichen nur etwa 400 bis 500 Grad.

Um die Marke von 1.000 Grad deutlich zu überschreiten, ist für die direkte Erhitzung eines geeigneten Ofens ungefähr die tausendfache Konzentration der Sonnenstrahlen notwendig. Ummantelt man diesen Ofen mit Quarz, reicht immerhin die halbe Konzentration.

Forschenden der ETH Zürich ist eine Erhitzung auf über 1.000 Grad Celsius nun mit einer nur noch 136-fachen Konzentration der Sonnenenergie gelungen. Das gelang durch die Ummantelung des Hochofens mit einem speziellen, halbdurchlässigen Material.

Auf der eigentlich für die Absorption der Wärmeenergie verantwortlichen Schicht wird ein genau angepasstes Quarz oder ein ähnliches Material aufgetragen, welches nur die Wellenlängen einfängt, die für die Erhitzung notwendig sind.

Durch diesen "Trick" bleibt die Oberfläche vergleichsweise kühl, während an entscheidender Stelle hohe Temperaturen erreicht werden. Im vorliegenden Fall blieb die Außentemperatur bei unter 500 Grad, während im Ofen selbst 1.050 Grad gemessen wurden. Entsprechend niedriger fallen die Verluste durch die unvermeidliche Abkühlung der Oberfläche aus.

Nun steht als nächster Schritt das Erreichen der Marken von 3.000 Grad Celsius auf dem Plan. Mit dieser Temperatur wäre ein breiter Einsatz bei der Verarbeitung verschiedenster Metall möglich, für die sonst ein klassischer Hochofen notwendig ist.

Dabei müssten dann keine fossilen Brennstoffe mehr eingesetzt werden und die Effizienz des Systems wäre gleichzeitig extrem hoch. Schließlich sind sowohl Wasserstoff als auch Kohle nur so energiereich, weil sie zunächst mithilfe von Sonnenlicht erzeugt wurden - entweder per Hydrolyse oder durch Pflanzenwachstum vor ein paar Millionen Jahren.

Setzt man stattdessen direkt das Sonnenlicht ein, gibt es gar keine Zwischenschritte mehr zwischen Licht und einem Hochofen auf Betriebstemperatur. Und die Einsparungen an CO2 und vor allem an Energie selbst wären enorm.