TECHNIK / SONNENENERGIE Edle Hitze
Nach vier Minuten und 40 Sekunden hatten sich die wassergekühlten Metalltüren vor dem Experimentierfeld wieder geschlossen. In der zwölf Millimeter dicken stählernen Panzerplatte klaffte ein nahezu halbmetergroßes Loch. Am unteren Rand des Schmelzloches hingen eiszapfenähnliche Metalltropfen.
Französischen Forschern gelang dieses Experiment jetzt mit Hilfe einer Energiequelle, die 150 Millionen Kilometer entfernt ist. Sie bedienten sich dabei eines Prinzips, mit dein der deutsche Raketenpionier Hermann Oberth einst die Eismassen an den Polen schmelzen wollte und mit dem der griechische Mathematiker Archimedes vor zwei Jahrtausenden vergebens versucht hatte, die bei Syrakus ankernde römische Flotte in Brand zu setzen: der Bündelung von Sonnenstrahlen mit Hilfe von Hohlspiegeln,
In zehnjähriger Entwicklungszeit errichtete das französische Zentrum für Wissenschaftliche Forschung (SCRS) im südfranzösischen Odeillo auf einem 71 Hektar großen Areal der Welt größten Sonnenofen. Kostenaufwand für das Projekt: 22 Millionen Mark. Das Großlaboratorium in den Ostpyrenäen ist das bislang aufwendigste Unternehmen der französischen Sonnenenergie-Forscher.
Begonnen hatte die Entwicklung kurz nach Ende des Zweiten Weltkriegs. Damals experimentierte Félix Trombe, Professor am Observatorium in Meudon bei Paris, mit einem kleinen Sonnenofen. Als Hohlspiegel diente ihm zunächst der Präzisions-Parabolspiegel eines erbeuteten deutschen Flak-Scheinwerfers. Doch bereits Anfang der fünfziger Jahre errichteten die Energieforscher in einer alten Zitadelle auf dem Mont Louis in den Pyrenäen den ersten größeren Sonnenschmelzofen. Ähnliche Anlagen haben in den vergangenen Jahren auch amerikanische und sowjetische Techniker gebaut.
Die in Montlouis gewonnene Erfahrung nutzten die französischen Wissenschaftler nun bei der Errichtung des Riesenofens in der Nähe des 1540 Meter hoch gelegenen Ski-Paradieses Odeillo. 2750 Stunden im Jahr. rund 1000 Stunden mehr als in Paris, scheint in Odeillo die Sonne.
Auf einer achtstufigen Terrasse postierten die Sonnen-Experten insgesamt 83 bewegliche Planspiegel, die sie wiederum aus 180 kleinen quadratischen Segmentspiegeln zusammensetzten. Photozellen richten jeden der 45 Quadratmeter großen Spiegel nach dem jeweiligen Stand der Sonne aus. Die aufgefangenen Strahlen werden von den Terrassenspiegeln auf einen gegenüberliegenden Parabolspiegel reflektiert, der 45 Meter hoch und fast so groß ist wie ein Fußballfeld (siehe Graphik).
Den gigantischen Hohlspiegel setzten die französischen Wissenschaftler aus leicht gekrümmten Einzelspiegeln zusammen. Die 9000 Mosaikspiegel sind so präzise angeordnet, daß sie die Sonnenstrahlen exakt in einem Brennpunkt
Der Brennpunkt befindet sich 18 Meter und 28 Zentimeter vor dem Riesenspiegel. Meist sind die beiden Stahltüren in dem Turm, der dort errichtet wurde, verschlossen; ein stetiger Wasserstrom kühlt das Gebäude, wenn die Sonne scheint. Lediglich zum Schmelzprozeß öffnen sich die stählernen Türen. An klaren Sonnentagen beträgt dann die im Bündelungspunkt entstehende Hitze 3300 Grad.
Zwar erreichen etwa herkömmliche Elektro-Schmelzöfen weit höhere Temperaturen, doch der unbestrittene Vorteil der Sonnenöfen ist die Qualität der produzierten Hitze.
Beim üblichen Schmelzprozeß wird das Schmelagut in Tiegeln der Hitze ausgesetzt oder kommt direkt mit Schmelzelektroden in Berührung. Beim Sonnenofen dagegen greift die Hitze das Schmelzgut lediglich punktuell an. Und schon in geringer Entfernung vom Brenn- und Schmelzpunkt fällt die Temperatur rapide ab. Das erweist sich als Vorteil, weil auf diese Weise die Schmelze keine unerwünschten chemischen Reaktionen mit anderen Stoffen eingeht.
Die »aristokratische Hitze« (Laboratoriumsdirektor Trombe) nutzen die Forscher vorläufig zur Herstellung von besonders reinen Werkstoffen. So kochen sie beispielsweise unreine Bestandteile aus Metallen ab, etwa das im Roh-Aluminium enthaltene Eisenoxid, und produzieren hochwertige Quarze.
Auch die französische Atomforschung bedient sich des Riesenofens in Odeillo. Durch die punktuelle und sofort wirksame Hitze simulieren die Forscher der Force de frappe Atombombenexplosionen und testen deren Wirkung auf Farben, Kunststoffe und andere Materialien.
Gegenwärtig testen die Energieforscher im edlen Hitzefeld des Sonnenofens vor allem Werkstoffe für Raketen und Atomkraftwerke und schmelzen verschiedene Rohstoffe zu neuartigen Substanzen für die elektronische Industrie zusammen.
Eine langwierige Arbeit aber steht den französischen Sonnentechnikern noch bevor. Seit Mai dieses Jahres sind sie dabei, die Einzelspiegel immer exakter auf den gemeinsamen Brennpunkt auszurichten. Bis zum nächsten Sommer hoffen sie, die 20 340 Teile des Spiegelmosaiks so genau justiert zu haben, daß der Brennpunkt auf nur mehr 35 Zentimeter Durchmesser eingeengt ist. Die erreichbare Hitze wird dann 3889 Grad betragen -- das entspricht 70 Prozent der Oberflächentemperatur auf der Sonne.
