Solarraffinerie: Treibstoff mit Solarwärme herstellen

Mitten in Zürich betreiben Forschende um Professor Aldo Steinfeld seit zwei Jahren auf dem Dach des Maschinenlabors der ETH eine Mini-Solarraffinerie. Die einzigartige Anlage kann in einem mehrstufigen Verfahren flüssige Treibstoffe wie Methanol oder Kerosin aus Sonnenlicht und Luft herstellen.

Die mit dem Solarreaktor erzeugten Treibstoffe sind CO₂-neutral. Warum? Weil man Sonnenenergie zu ihrer Herstellung verwendet und bei ihrer Verbrennung nur so viel Kohlendioxid entsteht, wie zuvor zu ihrer Herstellung aus der Luft entnommen wurde. „Die Ökobilanz der Produktionskette von solaren Treibstoffen zeigt, dass die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu fossilem Kerosin zu 80 Prozent vermieden werden können. Sie gehen gegen Null, wenn die Baumaterialien für die Produktionsanlagen mit erneuerbaren Energien hergestellt werden“, erklärt Professor Aldo Steinfeld.

Solarraffinerie dient bislang nur der Forschung

Die Solarraffinerie besteht aus drei in Reihe geschalteten thermochemischen Umwandlungseinheiten. Eine Luftabscheidungseinheit extrahiert Kohlendioxid und Wasser direkt aus der Umgebungsluft. Eine solare Redox-Einheit wandelt Kohlendioxid und Wasser in ein sogenanntes Syngas um. Schließlich überführt eine Gas-to-Liquid-Syntheseeinheit das Syngas in flüssige Kohlenwasserstoffe.

Die Mini-Solarraffinerie dient ausschließlich Forschungszwecken. Sie verwendet einen 5-Kilowatt-Solarreaktor und produziert dementsprechend nur kleine Treibstoffmengen. Dies jedoch unter realen Feldbedingungen – mit der nicht optimalen Sonneneinstrahlung von Zürich. In einem repräsentativen Tagesbetrieb beträgt die produzierte Menge an Syngas etwa 100 Standardliter, die sich zu etwa einem halben Deziliter reinem Methanol verarbeiten lassen. Doch die Technologie läßt sich hochskalieren, etwa durch den Einsatz eines Heliostatenfelds, das die Solarstrahlung auf einen Turm fokussiert.

Technologie für die Wüste

Die Energieeffizienz der Anlage lässt jedoch noch zu wünschen übrig. Bislang liegt der höchste gemessene Wirkungsgrad des Solarreaktors bei 5,6 Prozent. „Dieser Wert ist zwar ein Weltrekord für die solare thermochemische Spaltung, aber nicht hoch genug“, sagt Professor Steinfeld. Es seien noch erhebliche Prozessoptimierungen erforderlich.

Geeignete Standorte für Großanlagen sieht Professor Steinfeld in Regionen mit einer jährlichen direkten normalen Sonneneinstrahlung von mehr als 2000 Kilowattstunden pro Quadratmeter – also in den Wüsten rund um den Globus. „Im Gegensatz zu Biotreibstoffen, die durch die Ressourcenbereitstellung begrenzt sind, kann der weltweite Bedarf an solaren Flugzeugtreibstoffen durch die Nutzung von weniger als ein Prozent der weltweiten, nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehenden Trockenflächen gedeckt werden“, beschreibt der Forscher den Vorteil solar erzeugter Treibstoffe.

Diesen Beitrag hat das Redaktionsteam des Solarthermie-Jahrbuchs verfasst. Sie können das Solarthermie-Jahrbuch 2023 unter diesem Link bestellen.

23.11.2021 | Quelle: ETH Zürich | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH