In schwimmenden Solarinseln wird aus Treibhausgas Kohlendioxid Strom

By Petra Wiesmayer

CO2 ist die chemische Formel für das aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehende Molekül Kohlenstoffdioxid, das neben Stickstoff, Sauerstoff und sogenannten Edelgasen in der Luft vorkommt. Es entsteht als Nebenprodukt der Zellatmung von Mensch und Tier und auch bei der Verbrennung von fossilen Rohstoffen wie Holz, Kohle, Öl oder Gas. Obwohl CO2 gerade mal 0,038 Prozent der Luft ausmacht, ist es eines der bedeutendsten Treibhausgase – indem es einen Teil der von der Erde in das Weltall abgegebenen Wärme absorbiert und sie auf die Erde zurückstrahlt.

Dadurch wird Kohlenstoffdioxid, auch Kohlendioxid genannt, zum Hauptschuldigen am Klimawandel. Klimaschützer und -aktivisten setzen sich dafür ein, dass es schnellstens reduziert wird. Es ist schädlich für Mensch, Tier und Pflanze und wenn die Erde, wie sie ist, überleben will, wird man sich etwas einfallen lassen müssen.

Europäische Forscher haben sich etwas einfallen lassen. Wenn man bereits Papier, Blech und Glas recyclen kann, wieso nicht auch CO2? Wahrscheinlich wird sich das Gas in absehbarer Zeit nicht ganz vermeiden lassen, da Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis wohl noch eine ganze Weile eine Rolle spielen werden. Also könne man CO2 auch sinnvoll nutzen.

Weltweite CO2-neutrale Mobiliät

Die Wissenschaftler der UZH, der ETH Zürich, des PSI der Universität Bern und der Norwegischen Universität für Forschung und Technologie (NTNU) hatten gemeinsam mit einem Team der Empa die Idee von riesigen, schwimmenden, solaren Methanol-Inseln auf dem Meer. Diese sollen „langfristig so viel Strom produzieren, um einen kohlendioxidneutralen globalen Güterverkehr zu ermöglichen und um die gesamte Mobilität CO2-neutral zu gestalten – weltweit.“

Auf diesen Inseln soll mitten auf den Ozeanen Wasserstoff (H2) aus Solarenergie (und Wasser) hergestellt werden. Der soll dann vor Ort mit CO2, das aus dem Meerwasser gewonnenen wird, zu Methanol umgewandelt werden. Bisher ist dieses Szenario, das wie Science Fiction erscheint, zwar tatsächlich noch rein hypothetisch, es gibt aber schon Planungsgrundlagen für eine mögliche Umsetzung.

Aus Sonne wird Strom – wird Wasserstoff – wird Methanol

Die angedachten Solarinseln sind mit Photovoltaikanlagen ausgestattet, die Strom produzieren, den man jedoch weder speichern noch einfach abtransportieren kann. Somit wäre ein Solarkraftwerk auf dem Meer also sinnlos. Aus Kohlendioxid und Wasserstoff kann man jedoch flüssiges Methanol (CH3OH) und auch gasförmiges Methan (CH4) herstellen. Die Forscher hatten daher die Idee, die Ausgangsstoffe direkt aus dem Ozean zu gewinnen beziehungsweise vor Ort herzustellen.

Power-to-Gas-Anlagen, die Wasserstoff und CO2 zu Treibstoff umwandeln, gibt es bereits. Eine davon ist die Demonstrationsplattform „move“ auf dem Empa-Campus in Dübendorf. Um Treibstoff für eine weltweite Versorgung des Güterverkehrs zu produzieren, sind Anlagen wie die in Dübendorf, die das CO2 aus der Luft beziehen, aber viel zu klein.

„Eine Fläche von rund 170.000 Quadratkilometern wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren“, erklärt Andreas Borgschulte, Privatdozent an der UZH und Mitarbeiter der Empa-Abteilung „Advanced Analytical Technologies“. Auf dem Meer ließen sich derart große Solaranlagen dagegen realisieren und man könne auch auf dem Meer CO2 aus der Luft gewinnen. Darüber hinaus könne man aber ebenso die rund 125-mal höhere CO2-Konzentration des Meerwassers für die „Kohlendioxidernte“ auszunutzen.

Mehr Möglichkeiten für Methanol

Bestehende Power-to-Gas-Anlagen nutzen das CO2 aus der Luft meist zur Herstellung von Methan. Auch das wäre auf Solarinseln möglich. Die Forscher betrachten es jedoch als sinnvoller, flüssigen Brennstoff herzustellen, da dieser einfacher zu transportieren ist. „Außerdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymerherstellung“, sagen sie. Die Möglichkeiten für dessen Verwendung – und den damit erzielbaren Gewinnen – seien also wesentlich höher.

Billig wäre eine solche „Methanol-Insel“ auf dem Ozean aber nicht. Sie würde rund 80 Millionen US-Dollar kosten. Sie bestünde aus etwa 70 Photovoltaikinseln und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Syntheseanlagen. Die Gesamtfläche betrüge rund 550.000 Quadratmeter.

Um nun auf die benötigte Fläche von 170.000 Quadratkilometern zu kommen, um so viel CO2 zu recyceln, wie zurzeit ausgestoßen wird, wären also mehr als 300.000 solcher Inseln nötig. Und das mal 80 Millionen Dollar. Ein vielleicht doch etwas zu hoch angesetztes Ziel? „Große Ideen sind notwendig – Bullerbü-Lösungen versorgen nur Bullerbü, aber nicht den Rest der Welt“, betont Borgschulte.

Die Resultate der Studie präsentieren die Forscher kürzlich in der Fachzeitschrift «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS).