Solar Mini-Raffinerie: Flüssige Treibstoffe aus Sonnenlicht und Luft

Immer mehr Erfolge verzeichnen Forscher dabei, sauberen Ersatz für fossiles Kerosin herzustellen. Jetzt gelang auch an der ETH Zürich ein Durchbruch.

Nach Angaben der Forscher ist es erstmals gelungen, die gesamte thermochemische Prozesskette zur Erzeugung von flüssigen Treibstoffen aus Sonnenlicht und Luft in einer Mini-Raffinerie zu demonstrieren. Beteiligt sind daran auch die ETH-Spinoffs Climeworks und Synhelion, die von ETH-Professor Aldo Steinfeld maßgeblich unterstützt werden. CO2-neutrale Treibstoffe sind für eine nachhaltigere Luft- und Schifffahrt von zentraler Bedeutung.

Die solare Mini-Raffinerie steht auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH Zürich. Die Wissenschaftler haben eine solare Anlage gebaut, mit der sich synthetische, flüssige Treibstoffe herstellen lassen, die bei der Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor der Luft entnommen wurde. CO2 und Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und mit Solarenergie aufgespalten.

Das Produkt ist Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das anschließend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. Diese können direkt in der bestehenden globalen Transportinfrastruktur verwendet werden.

Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert. Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Dies ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad.

Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich

Die solare Mini-Raffinerie auf dem Dach der ETH beweist die Umsetzbarkeit der Technologie und produziert rund einen Deziliter Treibstoff pro Tag. Steinfeld und seine Gruppe sind bereits daran, den Solarreaktor im großen Maßstab im Rahmen des EU-Projekts SUN-to-LIQUID in der Nähe von Madrid zu testen.

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. Damit erzeugen wir im solaren Reaktor Temperaturen von 1.500 Grad Celsius.

Dr. Manuel Romero von IMDEA Energy, Partner des SUN-to-LIQUID-Projekts

Potenzial der solaren Mini-Raffinerie

Das Potenzial für die saubere Treibstoffherstellung mit der Mini-Raffinerie ist durchaus vorhanden: Eine Solaranlage von einem Quadratkilometer Fläche könnte, so Aldo Steinfeld, pro Tag 20.000 Liter Kerosin produzieren. Denkt man weiter, würde die Fläche der Schweiz genügen, um den Kerosin-Bedarf der gesamten Luftfahrt zu decken.

Ziel ist, dass wir in Zukunft mit unserer Technologie effizient nachhaltige Treibstoffe produzieren und so zur Verringerung des weltweiten CO2-Ausstosses beitragen», sagt

Philipp Furler, CTO von Synhelion

Synhelion wurde 2016 gegründet und arbeitet an der solaren Mini-Raffinerie und daran, die Technologie zur Herstellung Solartreibstoffen auf den Markt zu bringen. Neben diesem ETH-Spinoff ist auch Climeworks aus dem Lehrstuhl von Steinfeld hervorgegangen: Das Cleantech-Unternehmen filtert CO2 direkt aus der Umgebungsluft, das für das Zürcher Verfahren benötigt wird.

Im Vergleich zu fossilem Kraftstoff reduziert SUN-to-LIQUID die CO2-Emissionen um mehr als 90 Prozent. Da sich die solare Kraftstoffproduktion am besten für Wüstenstandorte eignet, besteht keine Konkurrenz um landwirtschaftliche Nutzfläche. Den Rohstoff CO2 soll die Anlage langfristig aus der Atmosphäre gewinnen. Die zukünftige globale Kerosin-Nachfrage kann somit durch regenerative solare Kraftstoffe gedeckt werden, die mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur kompatibel sind.

Einschätzung von Cleanthinking:

Im Grunde kommt die Menschheit jetzt an einen Punkt, an dem sie dringend handeln muss, um die Klimaziele zu erreichen und die globale Klimaerwärmung zu begrenzen. Was Forscher wie die von der ETH und andere Wissenschaftler sowie Unternehmer vielfältig entwickeln, reicht aus, um diese Schritte zu gehen.

Aber: Es braucht eine klare Entscheidung, welche Pfade beschritten werden sollen, wenn davon auszugehen ist, dass beispielsweise die Zürcher Technologie immer die Fläche der Schweiz bräuchte. Letztlich müsste bei einer Konferenz entschieden werden wo auf welchem Kontinent wie alternativer Treibstoff produziert wird, damit die Luftfahrt schnell sauberer wird. Alle Technologien in einem Wettrennen gegeneinander antreten zu lassen, dauert womöglich zu lang. Und Zeit haben wir definitiv keine mehr.