Kerosin aus Sonnenlicht, Wasser und CO2

Mit dem Projekt SUN-to-LIQUID nehmen die Forscher der ETH Zürich, Bauhaus Luftfahrt und dem DLR eine der wichtigsten Herausforderungen der Zukunft an: Die Umstellung von fossilen auf erneuerbare Kraftstoffe, d.h. aktuell der Herstellung von erneuerbarem Kerosin aus Wasser und CO2 durch konzentriertes Sonnenlicht.

In einem von der EU und der Schweiz geförderten Projekt gelang erstmals die Herstellung von solarem Kerosin.

«Die SUN-to-LIQUID-Reaktortechnologie und die integrierte chemische Anlage wurden unter den typischen Bedingungen für eine industrielle Kraftstoffproduktion validiert», sagte Prof. Aldo Steinfeld von der ETH Zürich,

Steinfeld leitet die Entwicklung des solarthermochemischen Reaktors. «Die Demonstration dieser Technologie könnte grosse Auswirkung auf den Transportsektor haben, speziell für die Luft- und Schifffahrt, die auf langen Strecken weiterhin auf flüssige Kraftstoffe angewiesen bleiben», ergänzte Projektkoordinator Dr. Andreas Sizmann von Bauhaus Luftfahrt.

Vom Labor in die Realität

Die Forscher entwickelten die Technologie und produzierten «solares Kerosin» bereits in einem Vorgänger-Projekt namens SOLAR-JET, dies allerdings unter Laborbedingungen. Nun erreichten sie mit SUN-to-LIQUID unter realen Bedingungen die nächste Entwicklungsstufe. Für diese Tests wurde auf dem Gelände des IMDEA Energy Instituts in Móstoles, Spanien, eine einzigartige Solaranlage errichtet.

«Ein der Sonne folgendes Heliostatenfeld konzentriert das Sonnenlicht um den Faktor 2500. Das entspricht der dreifachen Konzentration im Vergleich zu Solaranlagen, die derzeit zur Energiegewinnung eingesetzt werden», erklärt Dr. Manuel Romero von IMDEA Energy.

Die sehr hohe solare Strahlungsintensität, die durch Flussdichte-Messungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bestätigt wurde, ermöglicht es, in einem solaren Reaktor Temperaturen von über 1500° C zu erreichen.

Mit enger Kooperation ans Ziel

Die Forscher der ETH Zürich entwickelten den Reaktor. Durch eine thermochemische Redoxreaktion produziert dieser aus Wasser und CO2 ein sogenanntes Synthesegas. Dies ist eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Eine spezielle Fischer-Tropsch-Anlage, die vom Projektpartner HyGear entwickelt wurde, wandelt dieses Synthesegas vor Ort in Kerosin um.

Mit ihren langjährigen Erfahrungen in der Entwicklung solar-thermochemischer Prozesse und ihrer Komponenten tragen die Forscher des DLR ihren Beitrag zum SUN-to-LIQUID-Projekt bei. Die Vertreter des DLR zeichnen sich verantwortlich für die Vermessung des Solarfelds und der konzentrierten Solarstrahlung, für die Entwicklung von Konzepten zur optimierten Wärmerückgewinnung und für die Simulation von Reaktor und Gesamtanlage am Computer. Die Wissenschaftler aus der Solarforschung und 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. Das Flussdichte-Messsystem ermöglicht es, 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 zu bestimmen.

Kerosinversorgung durch regenerative solare Kraftstoffe

Mit SUN-to-LIQUID werden die CO2-Emissionen im Vergleich zu fossilem Kraftstoff um mehr als 90 % reduziert. Die solare Kraftstoffproduktion eignet sich am besten für Wüstenstandorte. Es besteht deshalb keine Konkurrenz gegenüber landwirtschaftlichen Nutzflächen. Langfristig soll das CO2 für die Anlage aus der Atmosphäre gewonnen werden. Die künftige globale Kerosinnachfrage kann somit durch regenerative solare Kraftstoffe gedeckt werden, die mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur kompatibel sind.

 


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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Veranstaltungshinweise

 

Foto: DLR

 

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