Onder leiding van Prof. Aldo Steinfeld van ETH Zürich is het Europese gezamenlijke project SUN-to-LIQUID er nu voor het eerst in geslaagd om zonnekerosine te produceren. Deze zonnebrandstof is geproduceerd uit water en CO2 met behulp van geconcentreerd zonlicht. Deze baanbrekende uitvinding is een essentiële stap voor toekomstige mobiliteit, omdat het ons dichter bij ons doel brengt om duurzame energie te gebruiken in plaats van fossiele brandstoffen. Onder meer omdat dit de CO2-uitstoot met meer dan 90 procent vermindert in vergelijking met fossiele brandstoffen.
Van het laboratorium naar een op maat gemaakte installatie
Om dit te bereiken, ontwikkelden de onderzoekers in het vorige SOLAR-JET-project eerst de vereiste technologie en produceerden ze onder laboratoriumomstandigheden zonnekerosine. SUN-to-LIQUID brengt het proces nu naar de volgende ontwikkelingsfase. Een internationaal team van wetenschappers testte het in een op maat gemaakte zonne-installatie op het terrein van het IMDEA Energy Institute in Móstoles, Spanje.
Dr. Manuel Romero van het IMDEA Energy Institute legt het principe uit:
“Een heliostaatveld dat de zon volgt, concentreert en versterkt het zonlicht met een factor 2500, dat is drie keer de concentratie die zonnecentrales momenteel gebruiken voor de opwekking van elektriciteit over lange afstand.”
De hoge intensiteit van de zonnestraling werd bevestigd door metingen uitgevoerd door het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR). Het is in staat om temperaturen van meer dan 1500 graden Celsius te bereiken in een solarreactor.
Thermochemische redoxreactie
Hierdoor kon door een thermochemische redoxreactie – d.w.z. de overdracht van elektronen naar een andere stof – in de door projectpartner ETH Zürich ontworpen reactor een zogenaamd synthesegas uit water en CO2 worden geproduceerd. Het is een verbinding van waterstof en koolmonoxide. Een op maat gemaakte Fischer-Tropsch-unit, ontwikkeld door projectpartner HyGear, zet dit synthesegas ter plaatse om in kerosine.
Prof. Aldo Steinfeld van ETH Zürich, die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van de thermochemische zonnechemische reactor: “De SUN-naar-LIQUID-reactortechnologie en de geïntegreerde chemische eenheid zijn geverifieerd onder typische industriële omstandigheden voor de productie van splijtstof.”
Relevantie naar de transportsector
Zonnekerosine is van bijzonder belang voor de transportsector, zegt dr. Andreas Sizmann van Bauhaus Luftfahrt, een in 2005 opgerichte interdisciplinaire stichting bestaande uit lucht- en ruimtevaartbedrijven en het Beierse ministerie van Economische Zaken, Infrastructuur, Transport en Technologie. “De productie van zonne-energie zal grote gevolgen hebben voor de luchtvaart en de scheepvaart, die nog steeds afhankelijk zijn van vloeibare brandstoffen voor lange afstanden. Straks haalt de installatie de grondstof CO2 uit de atmosfeer. Aan de toekomstige wereldwijde vraag naar kerosine kan dus worden voldaan met regeneratieve zonnebrandstoffen die passen in de bestaande brandstofinfrastructuur.”
DLR-expertise
DLR beschikt over een jarenlange ervaring in de ontwikkeling van thermochemische processen op zonne-energie en de componenten daarvan. Binnen het SUN-to-LIQUID-project is DLR verantwoordelijk geweest voor het meten van zonnevelden en geconcentreerde zonnestraling, voor het ontwikkelen van concepten voor geoptimaliseerde warmteterugwinning en – net als bij het voorgaande Solar-Jet-project – voor het maken van computersimulaties van de reactor en de gehele installatie. Wetenschappers van het DLR Institute of Solar Research and Combustion Technology gebruikten virtuele modellen om de zonneproductie van kerosine op te schalen van het laboratorium naar megawattschaal en om het ontwerp en de werking van de installatie te optimaliseren. Voor SUN-to-LIQUID ontwikkelden de onderzoekers van DLR een fluxdichtheidsmeetsysteem dat het mogelijk maakt om de intensiteit van hooggeconcentreerde zonnestraling direct voor de reactor te meten, met een minimale verstoring van de werking ervan. Deze gegevens zijn onontbeerlijk voor de veilige werking van de installatie en voor het bepalen van het rendement van de reactor.
Over het project:
SUN-to-LIQUID is een vierjarig project dat gefinancierd wordt door Horizon 2020 – het financieringsprogramma voor onderzoek en innovatie van de Europese Commissie – en het Zwitserse staatssecretariaat voor onderwijs, onderzoek en innovatie (SER). Het project ging van start in januari 2016 en eindigt in december 2019. SUN-to-LIQUID brengt toonaangevende Europese onderzoeksinstellingen en bedrijven op het gebied van thermochemisch zonneonderzoek samen: ETH Zürich, IMDEA Energy, DLR, Abengoa Energía en HyGear Technology & Services Ltd. De coördinator Bauhaus Luftfahrt e.V. is verantwoordelijk voor de technologie- en systeemanalyse.
