Erste Demonstrationsanlage zur Herstellung solarer Treibstoffe

Die Schweizer Firma Synhelion, ein Spin-off der ETH Zürich, hat am 20. Juni 2024 ihre DAWN-Anlage in Jülich in Deutschland eingeweiht. Es ist die erste Demonstrationsanlage zur Produktion von solaren Treibstoffen im industriellen Massstab.

Die Anlage nutzt konzentrierte Sonnenenergie, um Prozesswärme von 1500 Grad Celsius zu erzeugen. Diese Hochtemperatur-Prozesswärme wird über ein Wärmeträgermedium in einen thermochemischen Reaktor und in einen thermischen Speicher geleitet. Im Reaktor werden die Ausgangsstoffe Kohlendioxid CO2, Wasserdampf H2O und Methan CH4 (Rohbiogas) zu Synthesegas, einem Gemisch aus Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO, umgesetzt. In Zeiten ohne Sonneneinstrahlung wird die Prozesswärme für den Reaktor aus dem thermischen Speicher zugeführt, so dass eine Synthesegaserzeugung rund um die Uhr möglich ist. Aus dem Synthesegas wird schliesslich über eine Fischer-Tropsch-Synthese synthetisches Rohöl gewonnen, das in einer Raffinerie zu zertifizierten Endprodukten weiterverarbeitet werden kann. Solare Flüssigkraftstoffe haben eine grosse Bedeutung für eine klimafreundliche Mobilität in Bereichen, in denen eine Elektrifizierung nicht möglich ist. Dies gilt in besonderem Masse für den Luftverkehr, wo solche synthetischen Treibstoffe, die durch Solarenergie oder auch durch Power-to-Liquid-Technologien gewonnen werden, einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Luftfahrt leisten können.

In der DAWN-Anlage von Synhelion werden verschiedene innovative Technologien auf grösserer Skala das erste Mal umgesetzt. Die Anlage besteht aus einem 1500 m² grossen Solarfeld mit einer Vielzahl von Spiegeln (Heliostaten), die das Sonnenlicht auf einen 20 m hohen Turm konzentrieren. Im Turm sind der Receiver, in dem die Sonnenstrahlung das Wärmeträgermedium erhitzt, der thermochemische Reaktor und der Wärmespeicher integriert. Der Standort Jülich wurde gewählt, weil hier mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Solar-Institut Jülich besonders gute logistische Voraussetzungen für die Erprobung der Solartechnik bestehen. Die DAWN-Anlage wird mehrere tausend Liter Treibstoff pro Jahr produzieren und soll insbesondere der Erprobung und Weiterentwicklung der Technologie dienen. Der Bau zukünftiger kommerzieller Anlagen ist für sonnenreichere Regionen vorgesehen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK hat den Bau von DAWN mit rund 4 Millionen Euro gefördert.

Wichtige Forschungs- und Entwicklungsschritte für diese Skalierung wurden und werden in enger Zusammenarbeit mit Schweizer Forschungseinrichtungen in der Schweiz durchgeführt. Die Entwicklung von solaren Treibstoffen ist seit Jahrzehnten ein zentrales Forschungsthema an der Professur für Erneuerbare Energien (PREC) der ETH Zürich unter der Leitung von Aldo Steinfeld, die zu den weltweit führenden Institutionen auf diesem Gebiet gehört. So wurde auch ein entsprechendes internationales Programm im Rahmen der Internationalen Energieagentur IEA über viele Jahre von der Schweiz aus geleitet. Im Jahr 2016 wurde schliesslich das Start-up Synhelion gegründet mit dem Ziel, diese Technologie zu skalieren und zur Marktreife zu führen. Die Energieforschung des BFE konnte diese Arbeiten in verschiedenen Projekten mit der ETH Zürich und weiteren Forschungspartnern unterstützen. So wurden in jüngster Zeit umfangreiche Simulationsarbeiten zur Synhelion-Receivertechnologie am Institut für Maschinenbau und Werkstofftechnik MEMTI der Tessiner Fachhochschule SUPSI unterstützt (Projekt FUELREC). In einem kürzlich abgeschlossenen BFE-Projekt (HYBREC) mit der ETH Zürich wurden Modellierungs- und experimentelle Arbeiten zum thermochemischen Reaktor für die Umwandlung von CH₄, H₂O und CO₂ zu Synthesegas durchgeführt. Diese Arbeiten werden dieses Jahr mit der Verleihung des Graduate Student Award der Solar Energy Division of the American Society of Mechanical Engineers an Mario Zuber von der ETH Zürich gewürdigt.

Wir gratulieren Synhelion zu dieser Pionierleistung und dem Erreichen dieses wichtigen Etappenziels und wünschen weiterhin viel Erfolg bei der Umsetzung.

Stefan Oberholzer, Energieforschung und Cleantech, BFE
Bild: Synhelion