Treibstoffe aus Sonnenlicht und Luft sind technisch machbar
ETH ZürichEin Flug von Zürich nach New York ohne CO2-Emissionen: ETH-Forscher haben eine Technologie entwickelt, mit der flüssiger Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft hergestellt werden kann. In der aktuellen Publikation des renommierten Wissenschaftsmagazins «Nature» wird das Projekt SOLIFUEL, welches das Bundesamt für Energie mitfinanziert hat, vorgestellt und die technische Machbarkeit der Produktion nachhaltiger Treibstoffe nachgewiesen.
Die Forschenden stellen darin die Methode vor, mit der sogenannte Drop-in-Treibstoffe hergestellt werden können – synthetische Alternativen für aus Erdöl gewonnene flüssige Kohlenwasserstofftreibstoffe wie Kerosin und Benzin. Für solche synthetischen Treibstoffe kann die heutige Infrastruktur für Lagerung, Verteilung und Endanwendung genutzt werden.
Synthetische Solarkraftstoffe sind kohlenstoffneutral, weil zu ihrer Herstellung Sonnenenergie verwendet wird und weil sie bei ihrer Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor zu ihrer Herstellung aus der Luft entnommen wurde. Diese Treibstoffe können insbesondere dazu beitragen, den Langstreckenflugverkehr nachhaltig zu machen.
Aldo Steinfeld ist Professor für erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich und betreut das Projekt SOLIFUEL. Energeiaplus wollte von ihm wissen, wo das Projekt steht.
ETH-Professor Aldo Steinfeld hat eine neuartige Methode entwickelt, um nachhaltigen Treibstoff zu gewinnen, aus Licht und Luft entsteht Kerosin. © Valeriano Di Domenico
Eine Mini-Solarraffinerie steht auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH Zürich. Was ist das Besondere an dieser Anlage?
Aldo Steinfeld: Sie besteht aus drei in Reihe geschalteten thermochemischen Umwandlungseinheiten. Erstens, die Luftabscheidungseinheit, die Kohlendioxid und Wasser direkt aus der Umgebungsluft extrahiert. Zweitens, die solare Redox-Einheit, die CO2 und H2O in ein spezifisches Gemisch aus CO und H2, Syngas genannt, umwandelt. Und Drittens, die Gas-to-Liquid Syntheseeinheit, die schliesslich das Syngas in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandelt.
Das besondere daran: Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Dies ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad. Die Anlage ist seit zwei Jahren in Betrieb. Wir können nun die technische Machbarkeit nachweisen.
Wenn eine Technologie im Kleinen funktioniert, ist das ein erster Schritt. Doch wichtig ist die Umsetzbarkeit im Grossen. Wo steht das Projekt da?
Für die Skalierung kann ein Heliostatenfeld, das auf einen Solarturm fokussiert ist, verwendet werden. Wir haben bereits einen 50 kW Solarreaktor in einem Solarturm getestet. Der Solarturm in industriellem Massstab sieht eine Reihe von Solarreaktormodulen vor und kann vor allem die bereits für kommerzielle solarthermische Kraftwerke etablierte Infrastruktur zur Solarkonzentration nutzen.
Wer kümmert sich um die Skalierung?
Das ist Sache unserer Industriepartner. Wir an der ETH konzentrieren uns auf die grundlegenden Aspekte der Technologie. Aus meiner Gruppe sind bereits zwei Spin-offs hervorgegangen, die von ehemaligen Doktoranden gegründet wurden: Climeworks vermarktet die Technologie zur CO2-Abscheidung aus der Luft, während Synhelion die Technologie zur Herstellung von Solartreibstoff aus CO2 vermarktet.
Der Flugverkehr gehört zu den grossen Treibhausgas-Emittenten. Was braucht es, bis diese synthetischen flüssigen Treibstoffe breit eingesetzt werden können.
Solares Kerosin, das von der ersten Generation kommerzieller Solaranlagen produziert wird, wäre teurer als das fossile Kerosin, das es ersetzen soll. Angesichts der hohen Anfangsinvestitionskosten, die für die Errichtung von Solaranlagen erforderlich sind, wäre politische Unterstützung erforderlich, um einen breiten Einsatz dieser synthetischen Treibstoffe und damit einhergehende Kostensenkungen zu ermöglichen.
Das Wissenschaftsmagazin «Nature» hat das Projekt aufgegriffen. «Nature» hat in Wissenschaftskreisen ein grosses Renommé. Was bedeutet Ihnen die Publikation?
Es ist eine wichtige Anerkennung für unsere Forschung in den Ingenieurwissenschaften.
Stefan Oberholzer, Programmleiter Solare Hochtemperaturenergie, Sektion Energieforschung und Cleantech, Bundesamt für Energie
Brigitte Mader, Kommunikation Bundesamt für Energie
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Technisch machbar, aber nicht wirtschaftlich. Dazu müsste man Kernkraft einsetzen.
Wenn eine Energieform nicht wirtschaftlich ist, dann ist es Kernkraft der verschiedenen Generationen. Sorry about that.
Unfälle in Kernkraft-Anlagen sind nicht so selten, wie oft behauptet wird. In jeder Dekade seit den 1970er Jahren gab es schwere Unfälle und eine Vielzahl kleinerer Zwischenfälle. Kernkraft ist derart risikobehaftet, dass Kernkraftwerke nirgendwo versichert werden können. Die immensen Folgekosten von Katastrophen wie Fukushima, Tschernobyl oder Three Mile Island werden einfach der Allgemeinheit aufgebürdet.
Die Analyse der Studie zur Kernenergie von Scientists for Future zeigt, dass Kernenergie vor allem eines sei: „aussergewöhnlich teuer“. „Kernenergie war wirtschaftlich nie konkurrenzfähig und hat im Energiemarkt von Anfang an nur durch massive staatliche Finanzierung überlebt“, so Forscher von der finnischen Lappeenranta University of Technology. Hinzu kommen die sogenannten Ewigkeitskosten der bis heute ungeklärten Endlagerung. Schon heute sei die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kostengünstiger als die durch fossile und nukleare Technologien.
Als grösste Herausforderung beim Aufbau einer zukunftsfähigen Energieversorgung bezeichnet das Forscherteam die Überwindung der Widerstände des heutigen, von fossilen Kraftwerken dominierten Energiesystems. Die Kernenergie, so das Fazit der Studie, werde diesen Transformationsprozess nicht unterstützen, sondern blockiere ihn sogar – weil sie dringend erforderliche Investitionen in Erneuerbare, Speichertechnik und Energieeffizienz verhindere. Quelle: https://de.scientists4future.org/
Die Kernenergie der 0.ten Generation hingegen läuft seit Milliarden Jahren, braucht kein Betriebspersonal, keine Versicherung und keine Entsorgung. Alles schon geregelt. Man kann Sogar synthetische Treibstoffe damit herstellen.
Alllerdings – und hier wird es interessant, haben wir es bei bisher Verbrennungsvorgängen mit den sieben Wohlgerüche des Orients zu tun: Stickoxide NOx, teilverbrannte Kohlenwasserstoffe CxHy, andere flüchtige organische Substanzen wie das krebserregende Benzol, Kohlenmonoxid CO, Schwefeldioxid SO2, Feinstaubpartikel aller Grössen und natürlich das klimaschädliche Kohlendioxid. Für das Letztere scheint sich hier eine Lösung abzuzeichnen. Wie steht es mit den anderen Substanzen, die ja auch nicht als gesundheitsfördernd bekannt sind?
Interessant.
Leider ist eine primäre Schlüsselfrage unbeantwortet:
Wie sieht die Energiebilanz über den gesamten Prozess aus?
[Am Besten als einheitenloser Faktor in Bezug auf den oberen Brennwert des Schlussprodukts]
Die Antwort gibt gleich auch ein Skalierungsmass für die Kosten.
Als wissenschaftlich führendes Institut sollte diese Frage schon eingehend beantwortet worden sein von den Forschern
(das ist schon beim Forschungsantrag Bedingung)
Der Wirkungsgrad von E-Fuels beträgt bisher etwa 13 Prozent, was bedeutet, dass 13 Prozent der eingesetzten elektrischen Energie letztlich im Fahrzeug genutzt werden können, während E-Autos bei 69 % Wirkungsgrad liegen.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/E-Fuel
Frage: Wie lange dauert es und welche Energiemengen sind nötig, um 1 Liter förderbares Erdöl zu erzeugen?