Flugzeugtreibstoff aus Sonnenenergie
Im Rahmen des EU-Projekts Solarjet haben Wissenschaftler zum ersten Mal die gesamte Produktionskette von flüssigem Treibstoff aus Wasser und CO2 mit Hilfe von Sonnenenergie experimentell nachgewiesen. Kernstück des Projekts ist ein an der ETH Zürich entwickelter Solarreaktor.
Ein europ?isches Konsortium unter Beteiligung der ETH Zürich hat den experimentellen Machbarkeitsnachweis erbracht für die Herstellung von flüssigem Treibstoff in einem thermochemischen Prozess mit Hilfe von konzentrierter Sonnenenergie. Am von der EU gef?rderten Projekt Solarjet waren neben der ETH Zürich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das Treibstoffunternehmen Shell, der Think Tank Bauhaus Luftfahrt und die Consultingfirma Arttic beteiligt.
Kernstück des Herstellungsprozesses von nachhaltigem ?solarem Kerosin? ist ein Hochtemperatur-Solarreaktor, der in der Gruppe von Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energietr?ger an der ETH Zürich und Leiter des Labors für Solartechnik am Paul Scherrer Institut, entwickelt wurde. Der Reaktor beinhaltet einen por?sen, keramischen Solarabsorber aus dem Metalloxid Cerdioxid. Damit wird in einem zyklischen, zweistufigen sogenannten Redox-Prozess Wasser und CO2 gespalten.
Synthesegas für die Kerosinherstellung
Die erste, energieintensive Stufe l?uft bei 1500 Grad Celsius ab, wobei die ben?tigte Energie aus konzentrierter Solarstrahlung stammt. Das Metalloxid gibt in diesem ersten Schritt Sauerstoff ab und liegt anschliessend in sogenannt reduzierter Form vor. Im zweiten Schritt reagiert das reduzierte Metalloxid bei 700 Grad Celsius mit Wasserdampf und CO2, die dem Metalloxid Sauerstoff-Atome übertragen. Das Metalloxid hat damit wieder seine Ausgangsform erreicht, und der Kreisprozess kann erneut gestartet werden. Entstanden sind ein Gasgemisch aus Wasserstoff (H2)und Kohlenmonoxid (CO), das als Synthesegas – oder Syngas – bezeichnet wird. Es kann anschliessend zur Synthese von flüssigem Treibstoff verwendet werden.
?Es gelang uns, mit dem Reaktor 240 Zyklen zu durchlaufen?, sagt Daniel Marxer, Doktorand in der Gruppe von Steinfeld. So gewannen die ETH-Forscher 750 Liter Syngas, welches sie in einem Druckbeh?lter nach Amsterdam schickten. Dort wurde daraus in einem Forschungszentrum von Shell mit einer etablierten Methode (Fischer-Tropsch-Verfahren) Kerosin hergestellt.
Industrielle Anwendung ausloten
In einer n?chsten Phase des Projekts m?chten die beteiligten Partner die Solarreaktor-Technologie weiter optimieren. ?Dazu geh?rt es auch, die Effizienz der Energieumwandlung von Sonnenenergie in Treibstoff zu maximieren?, sagt Steinfeld. ?Was den Solarreaktor angeht, ist dafür eine bestm?gliche W?rmeübertragung und die Reaktionsgeschwindigkeit zentral.? Auch m?chten die Projektpartner das Potential der Technik für eine industrielle Anwendung ausloten, beispielsweise in einer Solarturmanlage, wie es sie bereits zur Stromerzeugung gibt.
Denkbar w?re ausserdem, das für den Prozess notwendige CO2 über Abscheidungstechnologien beispielsweise aus der Atmosph?re oder aus Abgasen zu gewinnen. So würde der ganze Prozess CO2-neutral werden. Die Wissenschaftler sind sich allerdings bewusst: Um dereinst ganze Flugzeuge mit so hergestelltem Treibstoff zu versorgen, w?ren sehr grosse Fl?chen n?tig. ?Das Ziel ist, mit unserem solarbetriebenen, zyklischen Prozess langfristig einen Wirkungsgrad von 15 Prozent zu erreichen?, sagt Steinfeld. Damit k?nne eine Solaranlage von einem Quadratkilometer Fl?che pro Tag 20‘000 Liter Kerosin produzieren.
Bildgalerie: Der Solarreaktor
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Nahaufnahme des Solarreaktors. (Bild: Peter Rüegg / ETH Zürich) -
Daniel Marxer, Aldo Steinfeld und Philipp Furler (von links). (Bild: Peter Rüegg / ETH Zürich) -
Der Solarreaktor (links) wird mit konzentriertem Licht aus dem Hochfluss-Sonnensimulator bestrahlt. (Bild: Peter Rüegg / ETH Zürich)