Unter der Leitung von Prof. Aldo Steinfeld der ETH-Zürich ist es nun erstmals in dem europäischen Gemeinschaftsprojekt SUN-to-LIQUID gelungen, solares Kerosin zu produzieren. Kurz gesagt wurde der Sonnenkraftstoff dabei aus Wasser und CO2 durch konzentriertes Sonnenlicht erzeugt. Diese bahnbrechende Erfindung ist ein wesentlicher Schritt für die Mobilität der Zukunft. Denn Sie bringt uns dem Ziel, nachhaltige Energie zu nutzen, statt fossile Brennstoffe aufzubrauchen, einen großen Schritt näher. Vor allem, da hierdurch im Vergleich zu fossilem Kraftstoff die CO2-Emissionen um mehr als 90 Prozent reduziert werden.
Vom Labor zur speziellen Solaranlage
Um überhaupt so weit zu kommen entwickelten die Forschenden in dem Vorgängerprojekt SOLAR-JET zunächst einmal die entsprechende Technologie. Hierbei produzierten sie solares Kerosin unter Laborbedingungen. Mit SUN-to-LIQUID kam das Verfahren auf die nächste Entwicklungsstufe. Ein internationales Wissenschaftler-Team testete es dabei an einer eigens dafür errichteten Solaranlage auf dem Gelände des IMDEA Energy Instituts in Móstoles, Spanien. Dr. Manuel Romero von IMDEA Energy erklärt das Prinzip:
Ein der Sonne folgendes Heliostatenfeld konzentriert das Sonnenlicht um den Faktor 2500, das entspricht der dreifachen Konzentration im Vergleich zu Solaranlagen, die derzeit zur Fernenergiegewinnung eingesetzt werden.“
Die hohe solare Strahlungsintensität wurde durch Flussdichte-Messungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bestätigt. Sie ermöglicht Temperaturen von über 1500 Grad Celsius in einem solaren Reaktor.
Thermochemische Redoxreaktion
Hiermit kann wiederum in dem vom Projektpartner ETH Zürich entwickelten Reaktor durch eine thermochemische Redoxreaktion ‒ also die Übertragung von Elektronen auf einen anderen Stoff ‒ aus Wasser und CO2 ein sogenanntes Synthesegas produziert werden. Es ist eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Eine spezielle Fischer-Tropsch-Anlage, die vom Projektpartner HyGear entwickelt wurde, wandelt dieses Synthesegas letztendlich vor Ort in Kerosin um.
Prof. Aldo Steinfeld von der ETH Zürich, der die Entwicklung des solarthermochemischen Reaktors leitet, konstatiert zufrieden:
Die SUN-to-LIQUID-Reaktortechnologie und die integrierte chemische Anlage wurden unter den typischen Bedingungen für eine industrielle Kraftstoffproduktion validiert.”
Relevanz für Transportsektor
Neben der alltäglichen Nutzung ist das solare Kerosin insbesondere für den Transportsektor interessant. Dazu Dr. Andreas Sizmann vom Bauhaus Luftfahrt e.V., einem 2005 gegründeten Verein bestehend aus Luft- und Raumfahrt-Unternehmen sowie dem Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie:
Die Demonstration dieser Technologie könnte große Auswirkung auf den Transportsektor haben, speziell für die Luftfahrt und die Schifffahrt, die auf langen Strecken weiterhin auf flüssige Kraftstoffe angewiesen bleiben.”
Des Weiteren ist anzumerken, dass sich die solare Kraftstoffproduktion am besten für Wüstenstandorte eignet. Somit besteht keine Konkurrenz um landwirtschaftliche Nutzflächen. Während die Anlage den Rohstoff CO2 langfristig aus der Atmosphäre gewinnen soll. Die zukünftige globale Kerosinnachfrage kann somit durch regenerative solare Kraftstoffe gedeckt werden, die mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur kompatibel sind.
Kompetenzen des DLR
Das DLR verfügt über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung solar-thermochemischer Prozesse und ihrer Komponenten. Im Projekt SUN-to-LIQUID war das DLR verantwortlich für die Vermessung des Solarfelds und der konzentrierten Solarstrahlung, für die Entwicklung von Konzepten zur optimierten Wärmerückgewinnung und ‒ wie bereits im Vorgängerprojekt Solar-Jet ‒ für die Simulation von Reaktor und Gesamtanlage am Computer. Wissenschaftler der DLR-Institute für Solarforschung und für Verbrennungstechnik nutzten virtuelle Modelle um die solare Herstellung von Kerosin aus dem Labor auf den Megawatt-Maßstab hoch zu skalieren und um Design und Betrieb der Anlage zu optimieren. Für Sun-to-Liquid entwickelten Solarforscher des DLR ein Flussdichte-Messsystem, das es ermöglicht, die Intensität der hochkonzentrierten Sonnenstrahlung direkt vor dem Reaktor bei minimaler Unterbrechung des Betriebs zu vermessen. Diese Daten sind erforderlich, um die Anlage sicher zu betreiben und den Wirkungsgrad des Reaktors bestimmen zu können.
Über das Projekt
SUN-to-LIQUID ist ein Vier-Jahres-Projekt, das im Rahmen von Horizont 2020 – des Förderprogramms für Forschung und Innovation der Europäischen Kommission – sowie durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) gefördert wird. Projektstart war im Januar 2016, im Dezember 2019 wird das Projekt enden. SUN-to-LIQUID vereint führende europäische Forschungsinstitutionen und Firmen im Bereich thermochemische Solarforschung: ETH Zürich, IMDEA Energy, DLR, Abengoa Energía und HyGear Technology & Services B.V. Der Koordinator Bauhaus Luftfahrt e.V. ist verantwortlich für die Technologie- und Systemanalyse. ARTTIC unterstützt das Forschungskonsortium mit Projektmanagement und Kommunikation.
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