zeitgeschichte Solange die Sonne scheint

Solarenergie – das könnte zum Zauberwort des neuen Jahrhunderts werden. Doch die Idee ist viel älter. Die Spuren führen zurück in die Kaiserzeit und die Jahre der Weimarer Republik

Hoch steht die Sonne am Himmel über Berlin. Schon am Mittag zeigt das Thermometer mehr als 30 Grad. Die erste Hitzewelle des Jahres 1930 hat die Stadt seit Pfingsten im Griff. Am 15. Juni versammeln sich mehrere tausend Teilnehmer aus 50 Staaten zur zweiten Welt-Kraft-Konferenz. Tagungsort ist der Festsaal der Kroll-Oper. Das Haus gegenüber vom Reichstag, sonst Schauplatz avantgardistischen Musiktheaters und rauschender Ballnächte, steht für ein paar Tage im Blickpunkt der Weltöffentlichkeit.

Diplomaten und Politiker, Forscher, Unternehmer, Journalisten aus allen Ländern sind zu Gast. Die Elite der deutschen Elektro- und Stromindustrie ist vertreten: Carl Friedrich von Siemens, Conrad von Borsig, der AEG-Direktor Paul Mamroth, auch Hugo Junkers, der Heizungs- und Flugzeugbauer. Zum Auftakt der Konferenz erklingt Richard Wagners Meistersinger- Vorspiel. Kanzler Heinrich Brüning verliest eine Botschaft des Reichspräsidenten Paul von Hindenburg. Eine Rede des britischen Vertreters Lord Derby über die völkerverbindende Kraft der Technik folgt. Dann eröffnet der Konferenzpräsident, Seine Exzellenz Oskar von Miller, Gründer des Deutschen Museums in München und Erbauer des Walchensee-Kraftwerks, mit vier kräftigen Hammerschlägen auf einen Stahlgong den „Völkerbund der Technik“.

Eine Woche lang sonnen sich die Teilnehmer im Glanz ihrer Errungenschaften und Zukunftsvisionen. Der Niedergang der Aktienkurse, die verheerende Arbeitslosigkeit, die weltweite Depression sind kein Thema. Denn all das gehöre eher der Vergangenheit an: Bald schon seien die Kräfte der Natur gebändigt, und die Menschen überall auf der Welt verfügen über Energie im Überfluss, ein weltweites Stromnetz werde die Wohlfahrt der Völker heben. Allerdings schleichen sich mit dem Blick auf die Energiewirtschaft erste Zweifel ein: „Ob der heutige Raubbau an Steinkohle … früher oder später zur Erschöpfung dieser kostbaren Naturkraft führt?“, fragt das Berliner Tageblatt in seinem Leitartikel zur Tagungseröffnung. „Oder ob es gelingen wird, durch Nutzbarmachung der Sonne oder der sich immer wieder erneuernden Wasserkräfte der gewaltigen Verschwendung von wertvollen Nationalkräften Einhalt zu gebieten?“

Albert Einstein erforscht das Geheimnis des Lichts

Die Sonne ist es, sie ist die Energiequelle der Zukunft. Mit diesem Credo meldet sich der greise Chemiker und Naturforscher, der Nobelpreisträger Wilhelm Ostwald von seinem Landsitz „Energie“ im sächsischen Großbothen über die Presse an die Konferenz. „Die fossilen Kohlen“, mahnt er, „sind ein einmaliges Erbe, das uns zugefallen ist, und sind der Erschöpfung ausgesetzt.“ Alle Energiequellen aber seien auf die strahlende Energie der Sonne zurückzuführen. Sie allein halte das „Rad des Lebens“ in Gang.

Geboren 1853 in Riga, gehört Ostwald zu der Generation europäischer Forscher, die von dem Gedankenkreis der Thermodynamik fasziniert ist: Energie lässt sich nicht erzeugen oder vernichten, sondern nur umwandeln. Aber jede Nutzung verwandelt verfügbare Energie in unverfügbare. Man kann den Kuchen nicht essen und zugleich behalten. Für Ostwald ist Energie sogar eine Primärsubstanz und alle Materie deren Erscheinungsform. Sein energetischer Imperativ: „Vergeude keine Energie, verwerte sie!“ Da die Endlichkeit der fossilen Energiereserven unumstößlich feststehe, müsse man sich nun fragen, wie die Sonnenstrahlen unmittelbar in elektrische Energie umzuwandeln seien.

An diesem Punkt seiner Gedankenkette, die er schon 1911 in seinem Buch Die Mühle des Lebens entwickelt hat, bringt Wilhelm Ostwald den „photoelektrischen Strom“ ins Spiel, die Photovoltaik. „Steckt man zwei oberflächlich oxydierte Kupferplatten in gewisse Lösungen und verbindet sie durch einen Draht, so geht durch diesen ein Strom, wenn man eine von beiden Platten belichtet.“ Das Verfahren sei wegen der zu geringen Ausbeute an Strom technisch noch nicht brauchbar. Aber schließlich habe Galvani zu seiner Zeit auch mit zwei Drähten und einem Paar Froschschenkeln angefangen. An die Zukunft der nachfolgenden Generationen, der Kinder und Kindeskinder, könne man jedenfalls mit „ruhiger Heiterkeit“ denken. „Solange die Sonne scheint, wird es ihnen nicht an Energie fehlen.“

Doch es gibt, schon auf der Berliner Konferenz, Gegenentwürfe. Wenn die augenblicklich verwerteten Energiearten aufgebraucht seien, prophezeit der britische Astronom Arthur Eddington, werde man die im Inneren der Atome enthaltene Kraft nutzen. Die lebensspendende Sonnenenergie nämlich entstehe höchstwahrscheinlich durch inneratomare Explosionen auf der Sonne. Folglich könne man aus Atomen unerschöpfliche Energiemengen gewinnen. „So weit sind wir heute noch nicht“, sagt Eddington am Schluss seiner Rede. Und wenn es eines Tages irgendwo gelingen sollte, fügt er mit einer Prise schwarzen englischen Humors hinzu, möchte er sich zu dem Zeitpunkt lieber nicht in dem betreffenden Laboratorium aufhalten.

Vielleicht sind einige der wenigen Forscher, die zu dem Zeitpunkt schon daran arbeiten, im Saal. Lise Meitner und Otto Hahn, denen 1938 die Kernspaltung gelingen wird, Leo Szilard und Eugen Wigner, die später in ihrem Exilland USA das Manhattan Project initiieren – sie alle forschen 1930 an Instituten in Berlin. Die Vision des Cambridge-Professors Eddington jedenfalls macht auf dem Kongress Furore. Der Wettlauf der Zukunftstechnologien hat begonnen.

Die Natur des Lichts (und damit die Grundlagen der Photovoltaik) ist indes von einem Mann erforscht worden, der am zweiten Tag der Konferenz das Podium betritt: Albert Einstein. Gewohnt souverän zieht er die 4000 Zuhörer in den Bann. Das Raumproblem in der Physik und dessen neueste Entwicklung, die Allgemeine Relativitäts- und Feldtheorie, ist sein schwieriges Thema.

Der Nobelpreis war Einstein 1922 jedoch nicht für die Relativitätstheorie verliehen worden (als Erster hatte ihn übrigens Wilhelm Ostwald vorgeschlagen), sondern vielmehr für eine Entdeckung, die er selbst als einzige unter seinen bahnbrechenden Arbeiten des Jahres 1905 für „sehr revolutionär“ hielt: das Gesetz des „photoelektrischen Effekts“. Nach Einstein ist das Licht der Sonne nichts anderes als der Fluss von Teilchen. Es besteht „aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen, und nur als Ganzes absorbiert und erzeugt werden können“. Trifft solch ein Lichtquant – oder Photon – auf einen Festkörper, so wird er von einem Elektron absorbiert und überträgt diesem die Energie, um sich vom Atom zu lösen. Unter bestimmten Bedingungen fließt elektrischer Strom.

Was Einstein mit dieser Theorie des Lichts erklärt, ist als Effekt schon lange bekannt. 1839 hat ihn der damals 19-jährige Edmond Becquerel in Paris, 50 Jahre später Wilhelm Hallwachs in Dresden beobachtet und beschrieben. Von der technischen Nutzung dieser physikalischen Entdeckungen ist man 1930 jedoch noch Lichtjahre entfernt. So scheint es jedenfalls den Teilnehmern der Berliner Welt-Kraft-Konferenz, die nach einer Woche zu Ende geht.

Die vibrierende, pulsierende, aufgeputschte Atmosphäre der Weimarer Zeit durchtoben alle Arten von teils wirren und monströsen, teils genial konstruktiven Gedankenblitzen. Ein Sonnenspiegel im Weltraum könne ungeheuere Energiemengen auf die Erde strahlen, selbst polare Regionen seien so in urbares Land zu verwandeln. Mit dieser Idee trat Hermann Oberth, der Raketenpionier, 1929/30 ins Rampenlicht. Ein Drahtnetz von 100 bis 1000 Kilometer Durchmesser, mit beweglichen Spiegeln bestückt in den Weltraum gehängt, sollte das Sonnenlicht bündeln und an jeden beliebigen Punkt der Erde konzentrieren. Der Filmregisseur Fritz Lang hatte den Rumäniendeutschen als Berater für sein Science-Fiction-Melodram Die Frau im Mond nach Berlin geholt. Oberth nutzte die Zeit und das Ufa-Honorar, um am Prototyp einer echten Rakete zu arbeiten. Von seiner Wohnung in der Kantstraße hetzte der beurlaubte Gymnasiallehrer – meist per Fahrrad – von Termin zu Termin, sammelte Geld und Leute, bastelte und testete in Hinterhof-Werkstätten und auf freiem Feld, besessen von einer einzigen Idee: der „Rakete zu den Planetenräumen“. Schließlich war sie die Voraussetzung für das Projekt Weltraumspiegel.

Doch vorerst scheiterte Oberth schon daran, auch nur eine Zwei-Meter-Rakete hochzubringen. Ende August 1930 verließ er unverrichteter Dinge, finanziell und gesundheitlich angeschlagen, die Stadt. Seine Anhänger, unter ihnen der blutjunge Wernher von Braun, setzten die Arbeit fort. Der Sonnenspiegel aber blieb Idee.

Unterdessen machte eine weitere Technik von sich reden: die Windenergie. 60 Höhen-Windkraftwerke könnten ganz Deutschland mit billigem Strom versorgen. Für dieses fantastische Projekt reichte der Ingenieur Hermann Honnef im März 1930 ein erstes Patent ein. Mit dem Bau des 263 Meter hohen Funkturms von Königs Wusterhausen war Honnef in Berlin bekannt geworden. Die konstant großen Windgeschwindigkeiten in dieser luftigen Höhe hatten ihn auf die Idee gebracht: Türme mit mehreren Windrädern von circa 60 Meter Durchmesser, die in Höhen von bis zu 500 Metern rotieren sollten, würden dauerhaft für Strom im Überfluss sorgen. Auf gut besuchten Versammlungen und in zahllosen Zeitungsartikeln propagierte Honnef in den folgenden Jahren seine Vision. Dann verschwand sie in der Versenkung. Technisch undurchführbar.

Selen-Platten aus New York – Werner von Siemens ist begeistert

An der Solarzelle aber wurde bereits in jenem Sommer 1930 in Berlin gearbeitet. „Gerade hinsichtlich der Energieausbeute berechtigt die neue Photozelle zu der Hoffnung, daß auf diesem Wege eine nutzbare Umwandlung der ungeheuren Energiemengen, die uns die Sonne täglich zustrahlt, technisch möglich wird.“ Der folgenschweren Satz fiel Anfang September 1930 in einem Vortrag des Berliner Physico-Chemikers Bruno Lange auf dem 6. Deutschen Physikertag in Königsberg. Lange war 28 Jahre alt. 1927 hatte er bei Fritz Haber, dem Erfinder von Kunstdünger und Senfgas, promoviert. Angestellt war der junge Wissenschaftler beim Kaiser-Wilhelm-Institut für Silikatforschung in der Faradaystraße, einen Steinwurf entfernt von den Labors, in denen Otto Hahn und Lise Meitner arbeiteten. Die „neue Art von Photozelle“, so erläuterte Lange, bestehe aus zwei Metallelektroden mit einer Zwischenschicht aus Halbleitermaterial. Bei Einstrahlung von Licht entstünden auf der Zwischenschicht Photoelektronen. Der Photostrom fließe durch die Sperrschicht zur unteren Elektrode. Dabei würde die äußere Elektrode positiv, und ein „überraschend starker Photoeffekt“ setze ein.

Die Dahlemer Entwicklung war im Prinzip nichts Neues unter der Sonne. Bereits 1884 hatte Charles Fritts in New York die „elektromotorische Wirkung des beleuchteten Selens“ entdeckt. Auf ein Metallblech hatte er eine dünne Selenschicht aufgetragen, diese mit einem feinen Goldblatt überzogen und so Strom erzeugt. Einige seiner Platten hatte er Werner von Siemens nach Berlin gesandt. Der „Fürst der Technik“ zeigte sich elektrisiert. In der Preußischen Akademie der Wissenschaften stellte er die amerikanische Solarzelle vor. „Da uns hier zum ersten Male die directe Umwandlung der Energie des Lichtes in elektrische Energie entgegentritt“, sei diese Erfindung „von größter wissenschaftlicher Bedeutung“.

Eine Generation später wurde im Hause Siemens wieder mit der Photovoltaik experimentiert, und zwar von dem Spitzenforscher der Firma, Walter Schottky. Geboren 1886 in Zürich, hatte Schottky 1912 bei Max Planck mit einer Arbeit über die Relativitätstheorie promoviert und sich anschließend mit dem photoelektrischen Effekt beschäftigt. Ein Wissenschaftler mit enormer Bandbreite, introvertiert, Inhaber zahlreicher Patente, die noch heute grundlegend für die Radio- und Fernsehtechnik sind. Bei Siemens arbeitete er nun an den Grundlagen der neuen Halbleitertechnologie. In diesem Zusammenhang untersuchten Schottky und seine Leute den Fluss der Elektronen in Materialien wie Kupferoxydul und Selen. Ein mit Solarenergie betriebener Mini-Elektromotor wurde 1930 der staunenden Öffentlichkeit vorgeführt.

Das entscheidende Problem blieb: der minimale Wirkungsgrad. Die eingestrahlte Sonnenenergie wurde nur zu Bruchteilen eines Prozents in Elektrizität umgewandelt. „Leider ist hier wie in vielen anderen Fällen“, meinte Schottky 1932, „die Kluft zwischen dem prinzipiell und dem technisch Möglichen allzu groß.“ In der Siemensstadt dröhnten Tag und Nacht die Dampfturbinen und Elektromotoren. Die lautlos sanfte Sonnenschein-Technik galt bestenfalls als eine geistreiche Spielerei.

Auch Bruno Lange war sich natürlich des Problems bewusst. Seinen Vortrag auf der Physikertagung in Königsberg hatte er mit einer Überschlagsrechnung beendet. Auf einem Quadratmeter Zellenoberfläche seien mit seinem Verfahren bei voller Sonneneinstrahlung „einige Watt“ zu erzeugen. Das reichte höchstens für eine Modelleisenbahn. Trotzdem war Lange so kühn (oder so unvorsichtig), via Zeitungsinterviews in Aussicht zu stellen, die Ausbeute sei bald bis zur technischen Verwendbarkeit zu steigern.

Die neuen Aussichten begeisterten das Publikum. In der Silvesterausgabe 1930 des Berliner Tageblatts schwärmte Hans Dominik von der Erfindung. Der gebürtige Zwickauer hatte an der TU Charlottenburg Maschinenbau studiert, um 1900 als Ingenieur und Werbefachmann bei Siemens & Halske gearbeitet und sich in der Weimarer Republik als Bestsellerautor von technisch-utopischen Romanen einen Namen gemacht. Unter dem Titel Wunschträume beim Jahreswechsel geht er auf die Arbeit der Raketenforscher um Oberth ein und prophezeit für die Zukunft „Raketenflüge durch den leeren Weltraum bis zum Mond“. Dann aber kommt Dominik auf die Solarzelle zu sprechen. „Es ist geglückt, eine Kombination von Kupfer und Kupferverbindungen zu finden, die bei der Bestrahlung mit Licht unmittelbar elektrische Energie liefert.“ Alte Utopien aufgreifend, stellt er seinen Lesern Installationen in der Sahara vor Augen, die „subtropische Sonnenstrahlen in Form von Elektrizität einfangen und in das energiehungrige Europa schicken“.

Invention makes electricity directly from sunlight, titelten kurz darauf die britischen Science News. Als kritische Stimmen auf die minimale Stromausbeute hinwiesen, wich die anfängliche Begeisterung jäher Ernüchterung. Bruno Langes Vorgesetzten beim Institut für Silikatforschung war der Rummel von Anfang an gegen den Strich gegangen. Der Konflikt eskalierte und führte zu Langes Trennung vom Institut. Er gründete eine Firma, die noch heute florierende Dr. Bruno Lange GmbH & Co KG mit Sitz in Berlin. Seine Selen-Photoelemente dienten jedoch nicht der Energiegewinnung, sondern waren in Meß- und Analyseinstrumenten eingebaut. 1969 starb Lange in West-Berlin.

Es sollte noch fast ein Vierteljahrhundert dauern, bis der von ihm und anderen 1930 angekündigte Durchbruch gelang. Der Schauplatz hatte sich in die USA verlagert. Die Bell Laboratories in Murray Hill bei New York suchten Anfang der fünfziger Jahren neue Ideen, um netzferne dünn besiedelte Gebiete mit Strom zu versorgen. Der damit beauftragte Forscher Darryl Chapin fragte nach, ob er auch die Photovoltaik einbeziehen solle. Er erhielt grünes Licht. Chapin machte da weiter, wo Lange und Schottky aufgehört hatten. Im Frühjahr 1953 besorgte er sich handelsübliche Selenzellen. Seine Resultate waren kaum besser als die seiner Vorgänger.

Zur selben Zeit jedoch arbeitete ein anderes Team bei Bell mit der neuen Halbleiter-Technik und dem Material Silizium. Es ging um die Entwicklung von Transistoren. Calvin Fuller und Gerald Pearson kamen auf die Idee, zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Materials gezielte Verunreinigungen mit Gallium vorzunehmen. Als sie das Silizium anschließend in ein Lithium-Bad tauchten, stellten sie zu ihrer Überraschung eine signifikante Menge von elektrischem Strom fest. Sie informierten ihren Kollegen und Freund Chapin. Innerhalb eines Jahres gelang es, den Wirkungsgrad der Zelle auf sechs Prozent zu steigern. Am 25.April 1954 stellten die drei Forscher der Öffentlichkeit den Prototyp ihres Solar Energy Converting Apparatus auf der Basis von Silizium-Solarzellen vor.

Multispektralzelle, Farbstofffilm, organische Solarzellen

1958 wurde der erste mit Solarzellen bestückte US-Satellit ins All geschossen. Die Photovoltaik-Anlage arbeitete perfekt. In den nächsten Jahren blieb der Weltraum der hauptsächliche Einsatzort der neuen Technik. Denn dort waren geringes Gewicht und Zuverlässigkeit ausschlaggebend – und Geld spielte keine Rolle. Ansonsten blieb die Anwendung weitgehend auf Spielzeugautos und Armbanduhren beschränkt. Ab und an diskutierten kleine UN-Konferenzen über die Nutzung der Solarenergie in den unterentwickelten tropischen Ländern.

Die große Wende kam um 1968. Die Menschheit sah ihr Heimatland, die Erde, erstmals aus dem Weltall. Die Fotos vom Blauen Planeten führten seine Einmaligkeit und Schönheit vor Augen, aber auch die Zartheit und Verletzlichkeit seiner Biosphäre. 1973 erschütterte die Ölkrise erstmals das Vertrauen in diesen Wunderrohstoff; von den Grenzen des Wachstums war jetzt viel die Rede. Die Katastrophe von Tschernobyl 13 Jahre später zerstörte die Aura der Atomkraft. Zudem kamen Alarmsignale, die auf die existenziellen Gefahren eines menschengemachten Klimawandels hinwiesen. Erst jetzt, Ende der achtziger Jahre, wurde die Photovoltaik zur neuen Hoffnung.

Im 21. Jahrhundert geht die Suche nach den besten Materialien, dem höchsten Wirkungsgrad und den niedrigsten Kosten rasant weiter. Durch die weltweit vernetzte Gemeinde der Tüftler, Forscher und Produzenten schwirren Stichworte wie Dünnschicht-Technologie, Multispektralzelle, Farbstofffilm, organische Solarzelle. Ob sich aus diesem Gebrodel der Ideen die Verfahren herauskristallisieren, welche die Photovoltaik endgültig durchsetzen werden?

Nur eines scheint gewiss: Ein Schlaraffenland, in dem wir über Energie im Überfluss verfügen, wie noch von den Ingenieurs-Utopisten des 20.Jahrhunderts erträumt, ist selbst bei der intelligentesten Nutzung aller erneuerbaren Energien nicht in Sicht. Aber möglicherweise stellt sich die größere Herausforderung ja auch anderswo. Sie lautet: die Begrenztheit der Ressourcen bewusst zum Konzept zu machen. Eine Lebenskunst der Reduktion, des Verzichts, zu entwickeln, die nicht in Schäbigkeit, Tristesse und den Kult des Billigen abstürzt. Hier aber hilft uns keine Sonnenenergie, sondern allein die Kraft der Fantasie.

Der Autor ist Publizist und lebt in Marl