Robert Pitz-Paal leitet das Institut für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Bild: DLR

Der Hartnäckige

Am DLR in Köln forscht Robert Pitz-Paal an einer Technik, die zwar hocheffizient, aber weithin unbekannt ist: Er verbessert solarthermische Kraftwerke, die für die Energiewende eine entscheidende Rolle spielen können. Zentral dabei ist die internationale Zusammenarbeit.

Die 35 Grad Hitze müssen drückend gewesen sein, damals im Sommerurlaub in Andalusien, aber den Ausflug per Anhalter ließ sich der Student Robert Pitz-Paal nicht nehmen: Zu einem solarthermischen Kraftwerk fuhr er, schließlich sollte sich seine bald beginnende Doktorarbeit ganz um dieses Thema drehen. „1989 war dieser Urlaub“, sagt Robert Pitz-Paal heute und lacht, „wir kamen am Freitagnachmittag völlig verschwitzt endlich beim Kraftwerk an und es war fast keiner mehr da. ‚Kommt einfach am Montag wieder’, sagten sie uns.“

Schon damals beim ersten Kontakt mit seinem Forschungsthema musste der Physiker hartnäckig sein. Aber er erfuhr auch hautnah, wie begeisternd ein Besuch in einem Solarthermie-Kraftwerk sein kann: Schon von Weitem sind hektarweise Spiegel zu sehen, die in der Sonne glitzern, beim Blick auf die Details steckt jede Menge High-Tech in der Anlage. Heute nutzt Robert Pitz-Paal diesen beeindruckenden Effekt, wenn er Besucher für die Solarthermie begeistern will. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln leitet er das Institut für Solarforschung, in dem 150 Mitarbeiter an der optimalen Nutzung der Sonnenenergie forschen. Aber eins macht ihm immer noch zu schaffen: „Solarthermische Kraftwerke gibt es schon so lange wie die Photovoltaik – aber trotzdem müssen wir außerhalb von Fachkreisen auch heute noch erklären, woran wir eigentlich arbeiten.“

Tatsächlich ist die CSP-Technik, wie sie Experten nennen (ein Kürzel für concentrated solar power), in Deutschland erstaunlich unbekannt – „was wohl auch daran liegt, dass sie sich unter mitteleuropäischen Bedingungen nicht wirtschaftlich betreiben lässt“, vermutet Robert Pitz-Paal. In Kalifornien, Spanien und Marokko aber zum Beispiel sind diese Kraftwerke schon lange im Einsatz. „Solarkraftwerke arbeiten im Prinzip wie konventionelle Kraftwerke“, erklärt der Forscher – mit dem Unterschied, dass sie Solarenergie anstatt fossiler Brennstoffe nutzen, um hohe Temperaturen für das Kraftwerk zu erzeugen. Spiegel bündeln das Sonnenlicht und reflektieren es zu einem sogenannten Wärmempfänger, in dem ein spezielles Thermoöl oder Flüssigsalz zirkuliert, das Temperaturen von bis zu 560 Grad aufnehmen kann. Diese Wärme nutzt das Kraftwerk anschließend, um Wasserdampf zu erzeugen, der über eine Turbine einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Der Umweg über die Wärme ist der große Vorteil dieser Technologie: Anders als der Strom bei einer Photovoltaikanlage kann die Wärme gespeichert und so etwa bei Nacht abgerufen werden – die heiße Flüssigkeit lässt sich vergleichsweise einfach lagern. Für die Energiewende kann die Technik deshalb eine zentrale Rolle spielen; sie macht Strom auch zu Zeiten verfügbar, in denen bislang oft Kohlekraftwerke einspringen mussten. In einem gut ausgebauten europäischen Verbundnetz könnte zukünftig sogar der Bedarf in Deutschland über solche Kraftwerke aus Spanien gedeckt werden.

Internationale Kooperationen sind bei der Forschung zur Solarthermie besonders wichtig – nicht nur deshalb, weil die Technik nicht in Deutschland zum Einsatz kommt. Robert Pitz-Paal hat sich früh an großen Netzwerken beteiligt: Beim EU-Projekt HYDROSOL etwa war sein Institut einer der vier Projektpartner, und er selbst ist seit 2017 Vorsitzender des Exekutivkomitees vom Netzwerk „Solar Power and Chemical Energy Systems (SolarPACES)“ der internationalen Energieagentur (IEA). „Eine Zusammenarbeit in Europa und insbesondere mit Spanien war immer von besonderer Bedeutung“, sagt Pitz-Paal: „Das Versuchskraftwerk in Andalusien, das ich als Student besucht hatte, ist das perfekte Beispiel für die europäische Zusammenarbeit: deutsche und spanischen Forscher arbeiten dort gemeinsam an der Kostensenkung der Technologien.“ Weitere europäische Länder sind inzwischen beteiligt; 2003 entstand das europäische „Sollab“, ein Verbund von europäischen Forschungseinrichtungen, die sich zum Beispiel auf die gemeinsame Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses und den Austausch von Forschern konzentrieren. Diese Basis trug dazu bei, dass 2007 die ersten kommerziellen Kraftwerke in Spanien in Betrieb gingen.

Als sich Pitz-Paal in seiner Doktorarbeit in das Thema vertiefte, war es eigentlich der denkbar ungünstigste Zeitpunkt dafür. „Damals ging gerade in Kalifornien die erste kommerzielle Anlage dieser Art pleite“, sagt er im Rückblick. Es begann die Phase, die unter seinen Kollegen oft als solarer Winter bezeichnet wird: In den Jahren bis etwa 2003 war Sonnenenergie ein weitgehend uninteressantes Thema. Der Ölpreisschock aus den 1970er Jahren, der dem Thema erstmals Schwung verliehen hatte, war lange vergessen, der drohende Klimawandel sagte nur Eingeweihten etwas, und die Solartechnik dümpelte vor sich hin. In Deutschland war es die rot-grüne Bundesregierung, unter der das Thema wieder in den Blickpunkt geriet und dann, bald danach, die immer sichtbarer werdenden Klimaveränderungen. „Manche Forscher machen Karriere, indem sie auf ein aktuelles Thema setzen“, sagt Robert Pitz-Paal schulterzuckend, „in meinem Fall war es anders. Ich habe Karriere gemacht, weil ich mein Thema nicht so leicht aufgegeben habe.“

Als er mit seinem Studium begann, wurden die verschiedenen Techniken der Energieerzeugung als wechselseitige Konkurrenz betrachtet – entweder die Photovoltaik setzt sich durch oder der solarthermische Ansatz, so lautete ein weitverbreiteter Glaube. Heute weiß man, dass Kombinationen notwendig sind, um die Energiewende zu schaffen und damit das Klima zu schützen: die Mischung aus dezentralen Anlagen und großen Kraftwerken zum einen sowie aus Photovoltaik und Solarthermie zum anderen. Fest steht: Beide Techniken standen damals noch ganz am Anfang, gerade mit Blick auf den Wirkungsgrad. „Wir sagen oft ‚from powerpoint to powerplant’“, sagt Robert Pitz-Paal: Der Produktzyklus vom ersten Konzept bis zum fertigen Kraftwerk war in all den Jahren erstaunlich kurz, die Fortschritte gewaltig. Rund eine Mark pro Kilowattstunde kostete damals die erzeugte Sonnenenergie, heute schaffen es moderne solarthermische Kraftwerke für etwa sieben Cent pro Kilowattstunde und sind damit konkurrenzfähig gegenüber Erdgaskraftwerken.

Zeit zum Zurücklehnen? Ach wo, sagt Pitz-Paal und der Ehrgeiz juckt ihn: Neuartige Wärmeträgerfluide – so heißt die Flüssigkeit, die von den Spiegeln auf gewaltige Temperaturen erhitzt wird – könnten sich noch höher aufheizen lassen und damit die Effizienz der Kraftwerke deutlich steigern. Das ist eines der wichtigsten Ziele, an denen er mit den Kollegen aus dem Institut für Solarforschung derzeit arbeitet.

Er selbst allerdings mag es gar nicht so heiß. „Das Mittelmeer ist großartig und meine Frau und ich sind gern dort“, sagt er, „aber eher im Herbst und im Winter. Im Sommer sind wir meistens auf den Radwegen entlang der Flüsse in Deutschland unterwegs, an der Donau oder am Inn zum Beispiel.“ Dass er damals kurz vor seiner Doktorarbeit trotzdem in der glühenden Hitze Andalusiens war, um einen ersten Blick auf die dortige solarthermische Anlage zu werfen, hat er trotzdem nicht bereut. Allein schon, weil seine Frau dabei war. Robert Pitz-Paal schmunzelt: „Sie konnte sich dort schon einmal anschauen, womit ich mich dann all die Jahre danach ständig beschäftigt habe!“

07.12.2020 , Kilian Kirchgeßner
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