Diese Solarraffinerie verwandelt Licht und Luft in flüssigen Brennstoff

Eine neue Technologie erzeugt flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe ausschließlich aus Sonnenlicht und Luft.

CO2-neutrale Kraftstoffe sind für die Nachhaltigkeit des Luft- und Seeverkehrs von entscheidender Bedeutung. Die neue Solaranlage produziert synthetische flüssige Brennstoffe, die so viel CO freisetzen2 während ihrer Verbrennung wie bisher aus der Luft für ihre Herstellung gewonnen.

Das System extrahiert CO2 und Wasser direkt aus der Umgebungsluft und spaltet sie mit Sonnenenergie. Dieser Prozess liefert Synthesegas, ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das anschließend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. Diese Drop-In-Kraftstoffe können in der vorhandenen globalen Verkehrsinfrastruktur verwendet werden.

Diese Solarraffinerie verwandelt Licht und Luft in flüssigen BrennstoffDer Parabolreflektor bündelt das Licht und leitet es zu den beiden Reaktoren in der Mitte der Anlage. (Bildnachweis: Alessandro Della Bella / ETH Zürich)

Konzeptioneller Beweiß

„Diese Anlage beweist, dass unter realen Feldbedingungen aus Sonnenlicht und Luft kohlenstoffneutrale Kohlenwasserstoffbrennstoffe hergestellt werden können“, erklärt Aldo Steinfeld, Professor für erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, dessen Forschungsgruppe die Technologie entwickelt hat. „Der thermochemische Prozess nutzt das gesamte Sonnenspektrum und verläuft bei hohen Temperaturen. Dies ermöglicht schnelle Reaktionen und einen hohen Wirkungsgrad.“

Die solare Mini-Raffinerie auf einem Zürcher Dach beweist, dass die Technologie auch unter den in der Stadt vorherrschenden klimatischen Bedingungen machbar ist. Es produziert ungefähr einen Deziliter Kraftstoff pro Tag (etwas weniger als eine halbe Tasse).

Diese Solarraffinerie verwandelt Licht und Luft in flüssigen BrennstoffDer Brennstoff, den die Solarraffinerie produziert. (Bildnachweis: Alessandro Della Bella / ETH Zürich)

Steinfeld und seine Gruppe arbeiten bereits an einem Großversuch ihres Solarreaktors in einem Solarturm in der Nähe von Madrid, der im Rahmen des EU-Projekts Sun-to-Liquid durchgeführt wird.

Das nächste Ziel ist es, die Technologie für die industrielle Implementierung zu skalieren und wirtschaftlich wettbewerbsfähig zu machen.

„Eine Solaranlage auf einer Fläche von einem Quadratkilometer könnte täglich 20,000 Liter Kerosin produzieren“, sagt Philipp Furler, Direktor von Synhelion und ehemaliger Doktorand in Steinfelds Gruppe. „Theoretisch könnte eine Anlage von der Größe der Schweiz oder eines Drittels der kalifornischen Mojave-Wüste den Kerosinbedarf der gesamten Luftfahrtindustrie decken. Unser Ziel für die Zukunft ist es, mit unserer Technologie nachhaltige Kraftstoffe effizient zu produzieren und so den globalen CO 2 -Ausstoß zu verringern2 Emissionen. "

Diese Solarraffinerie verwandelt Licht und Luft in flüssigen BrennstoffDie Forschungsanlage produziert Synthesegas, das durch konventionelle Methanol- oder Fischer-Tropsch-Synthese zu flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen verarbeitet werden kann. (Bildnachweis: Alessandro Della Bella / ETH Zürich)

So funktioniert die Solarraffinerie

Die Prozesskette des neuen Systems kombiniert drei thermochemische Umwandlungsprozesse:

  • Die Extraktion von CO2 und Wasser aus der Luft.
  • Die solarthermisch-chemische Spaltung von CO2 und Wasser.
  • Ihre anschließende Verflüssigung zu Kohlenwasserstoffen.

Ein Adsorptions- / Desorptionsprozess extrahiert CO2 und Wasser direkt aus der Umgebungsluft. Beide treten dann im Fokus eines Parabolreflektors in den Solarreaktor ein. Die Sonnenstrahlung wird um den Faktor 3,000 konzentriert und erzeugt im Inneren des Solarreaktors Wärme mit einer Temperatur von 1,500 Grad Celsius.

Herzstück des Solarreaktors ist eine Keramikstruktur aus Ceroxid, die eine zweistufige Reaktion - den Redoxzyklus - zur Spaltung von Wasser und CO ermöglicht2 in Synthesegas. Dieses Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid kann dann durch herkömmliche Methanol- oder Fischer-Tropsch-Synthese zu flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen verarbeitet werden.

Aus Steinfelds Forschungsgruppe sind bereits zwei Spin-offs hervorgegangen: Synhelion, gegründet in 2016, das die Technologie zur Herstellung von Solarkraftstoffen kommerzialisiert, und Climeworks, gegründet in 2010, das die Technologie für CO kommerzialisiert2 aus der Luft einfangen.

Quelle: ETH Zürich

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