Sciene Fiction auf Ozeanen

Forschende der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts (PSI), der Empa, der Universitäten Zürich, Bern und der National University of Science and Technology (NTNU) Trondheim haben berechnet, dass mit riesigen schwimmenden Solarinseln auf unseren Meeren genügend Energie produziert werden kann, um einen CO2-neutralen globalen Güterverkehr zu ermöglichen. Ihre Resultate haben sie in der Fachzeitschrift «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) veröffentlicht.

Schon heute recyceln wir alles erdenklich Mögliche, weshalb sollten wir also nicht auch das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) nutzen? Flüssige Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis werden trotz internationaler Bestrebungen zu deren Senkung auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. So erscheint es nur sinnvoll, das ausgeschiedene CO2 aus der Umwelt zurückzugewinnen und zu nutzen.

Weltweite Mobilität CO2-neutral gestalten

Forschende der ETH Zürich, des PSI und der Universitäten Zürich, Bern und der Norwegischen Universität für Forschung und Technologie (NTNU) haben die Idee des CO2-Recyclings mit einem Team der Empa durchgerechnet. In ihrer Studie zeigen sie auf, dass solare Methanol-Inseln langfristig genügend Treibstoff produzieren könnten, um die gesamte weltweite Mobilität CO2-neutral zu gestalten. Aus Solarenergie (und Wasser) soll Wasserstoff (H2) hergestellt werden, der inmitten der Ozeane mit aus dem Meerwasser gewonnenen CO2 zu Methanol umgewandelt wird. Das analysierte Szenario erscheint zur Zeit zwar noch hypothetisch, es bietet jedoch die Planungsgrundlagen für eine mögliche Umsetzung. Die entsprechenden Resultate sind in der Fachzeitschrift «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) vernöffentlicht.

Von Sonne zu Strom zu Wasserstoff wird Methanol

Die Basis der Idee sind schwimmende Solarplattformen. Zur Speicherung und Transport kann man aus Kohlendioxid und Wasserstoff flüssiges Methanol (CH3OH) oder gasförmiges Methan (CH4) herstellen. Die Idee der Forschenden ist, die Ausgangsstoffe direkt aus dem Ozean zu gewinnen, bzw. dort herzustellen.

Mit der Demonstrationsplattform «move» besteht auf dem Empa-Campus in Dübendorf bereits eine& «Power-to-Gas-Anlagen, die Wasserstoff und CO2 zu Treibstoff umwandelt. Auch existieren grosstechnische Anlagen, weshalb sollte man dann mit einer solchen Anlage aufs Meer? Die Antwort darauf ist einfach: Die dafür benötigte Anlagenfläche für eine weltweite Versorgung von Treibstoff wäre gewaltig.

«Eine Fläche von rund 170 000 km2 wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren»,
erklärt Andreas Borgschulte von der Empa-Abteilung «Advanced Analytical Technologies».

Eine solche Fläche liesse sich durch Solaranlagen auf dem Meer realisieren, denn auch auf dem Meer kann man CO2 aus der Luft gewinnen. Eine attraktive – und erst noch naheliegende – Alternative wäre aber, die rund 125-mal höhere CO2-Konzentration des Meerwassers für die «Kohlendioxidernte» zu nutzen.

Mehr Möglichkeiten für Methanol

In bestehenden Anlagen wird das aus der Atmosphäre gewonnene CO2 meist zur Herstellung von Methan verwendet. Dies wäre auch auf den Solarinseln möglich. Die Überlegungen der Forschenden zielen jedoch auf die Herstellung eines flüssigen Brennstoffs, da sich dieser besser transportieren lässt. Ausserdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymerherstellung. Die Verwendungsmöglichkeiten und somit das Geschäftsmodell erweiert sich dadurch also wesentlich.

Ein gigantisches Projekt

Nicht nur bezüglich Fläche, sondern auch in Sachen Kosten ist dies ein riesiges Projekt. Der Bau einer solchen «Methanol-Insel» auf dem Meer würde rund 80 Millionen US-Dollar kosten. Diese bestünde aus rund 70 Photovoltaikinseln mit einem Durchmesser von rund 100 m2 und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Syntheseanlagen. Insgesamt ergäbe dies eine Fläche von rund 550 000 m2. Um so viel CO2 zu recyceln, wie zurzeit ausgestossen wird wären insgesamt 170 000 solcher Inseln nötig – ein utopisches Ziel, aber eines, das es sich zu verfolgen lohnt.

«Grosse Ideen sind notwendig – Bullerbü-Lösungen versorgen nur Bullerbü, aber nicht den Rest der Welt», so Borgschulte.

 


«Power-to-Gas» und «Power-to-Liquid» – so speichert man Strom über längere Zeiträume 

Die Empa forscht seit längerem an Möglichkeiten, Strom aus erneuerbaren Ressourcen nicht nur zu speichern, sondern auch in flüssigen oder gasförmigen Treibstoff umzuwandeln. Dazu befindet sich auf dem Empa-Campus in Dübendorf unter anderem die Demonstrationsplattform «move». Dort wird Solarstrom mit Hilfe von Elektrolyse in Wasserstoff verwandelt, um damit Wasserstoff-Fahrzeuge zu betanken. Ebenfalls entsteht dort synthetisches Erdgas, das in Erdgasfahrzeugen zum Einsatz kommt. Empa-Forscher Andreas Borgschulte arbeitet mit seinem Team an Möglichkeiten, diese Technologien weiter zu verbessern. Mehr Informationen dazu hier.
 

 

Veranstaltungshinweise

 

Potentialanalyse Power-to-Gas in der Schweiz (Empa-Studie, Web)

Empa Wasserstoff-Projekte (Web)

«Energie – sonnenklar», Photovoltaik: Technik und Infrastruktur (Info-Broschüre, PDF)

Eines von vielen Puzzle-Teilen, Power-to-Gas könnte auf dem Energiemarkt der Zukunft eine Rolle spielen (Artikel, bulletin.ch)

e'mobile, Fachgesellschaft für energieeffiziente Mobilität (Web)

Weltweit erste hochseefähige Wasserstoff-Fähre mit Brennstoffzelle (Blog)

«Grünes Gas» aus Bioreaktor (Blog)

Power-to-Gas (Einstein, SRF)

 

Text: Empa
Foto: Novaton

 

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