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Wenn aus Solarenergie Kerosin wird

Wie kann man die Treibstoffkosten senken und gleichzeitig den CO2-Ausstoss reduzieren, während die Passagierzahlen jedes Jahr steigen? Dies ist die Herausforderung, mit der die Luftfahrtindustrie konfrontiert ist. Aber grüne Lösungen voranzutreiben ist nicht selbstverständlich. In einem früheren Artikel (“Après les voitures propres, les avions propres?“) hatten wir über die verschiedenen Ansätze berichtet. Von Elektroflugzeugen wie der Solar Impulse, einem vollständig im Solarbetrieb laufenden Prototyp, über Biotreibstoffe wie Bioethanol oder Biodiesel – all diese Alternativen sind für Luftfahrtunternehmen noch zu teuer und ihre Umweltverträglichkeit bisweilen sehr bescheiden.

Unbegrenzt verfügbarer Treibstoff

Auch wenn ein Verzicht auf Kerosin heute nicht möglich ist, warum sollte man es nicht ab sofort in einen «grünen», unbegrenzt verfügbaren Treibstoff verwandeln, der ausschliesslich aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid hergestellt wird? Das Solar-Jet-Projekt nimmt dieses revolutionäre Projekt in Angriff. Solar-Jet-Projekt, das 2011 an den Start ging und finanziell von der Europäischen Union unterstützt wird, gehören Unternehmen und mehrere Forschungseinrichtungen wie die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, die deutsche Luftfahrtagentur (DLR) sowie die Denkfabrik Bauhaus Luftfahrt in München an. Im Frühjahr 2014 gab das Konsortium bekannt, dass es ihm gelungen sei, Kerosin mithilfe eines thermochemischen Prozesses auf der Grundlage von konzentrierter Solarenergie herzustellen.

Das Herzstück für die Produktion dieses Solarkerosins bildet ein von den Teams der ETH Zürich entwickelter Solarreaktor. Dieser Reaktor enthält einen Solarabsorber aus poröser Ceroxid-Keramik – ein einfacher Metallkörper, der insbesondere bei der Feuersteinverarbeitung eingesetzt wird – der die molekulare Fraktionierung von Wasser (H2O) und CO2 in einem zweitstufigen, zyklischen Redoxreaktionsprozess ermöglicht. In der ersten Stufe werden konzentrierte Solarstrahlen eingesetzt, um Temperaturen von 1500°C zu erreichen. Daraufhin setzt das Metalloxid Sauerstoff frei und liegt in einem reduzierten Zustand vor. Die zweite Stufe findet bei 700°C statt. Das Oxid reagiert mit Wasser und CO2, nimmt erneut Sauerstoff auf und kann, indem es in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, einen neuen Redoxreduktionszyklus auslösen. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist die Produktion eines Synthesegases (Syngas), einer Mischung aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). Anschließend wird das Synthesegas im Fischer-Tropsch-Verfahren in ein Kerosin umgewandelt, das von heutigen Flugzeugen benutzt werden kann, ohne dass ihre Motoren umgerüstet werden müssen. Das Fischer-Tropsch-Verfahren ist nicht neu: Es wurde 1923 von den gleichnamigen deutschen Wissenschaftlern erfunden und setzt die Zerlegung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff ein, um sie in Kohlenwasserstoff zu überführen.

CO2 als ein neuer Energieträger?

Diese Technologie bietet zahlreiche Vorteile: Sie ermöglicht nicht nur die umweltverträgliche und absolut klimaneutrale Herstellung von Kerosin – und danach von weiteren Treibstoffen wie Diesel oder Benzin –, sondern auch die Umwandlung von CO2, das hauptsächlich für die Treibhausgasentstehung verantwortlich ist, in eine nutzbare Ressource. Darüber hinaus wird das Verfahren der Transformation von Syngas in Kerosin von den Unternehmen bereits weltweit implementiert. Einziger Wermutstropfen: Die Syngasproduktion mithilfe von konzentrierter Sonnenstrahlung steckt noch in den Kinderschuhen. Die Solarreaktortechnologie muss noch optimiert werden, um die Wärmeübertragung und die Reaktionszeiten zu verbessern und die Effizienz der Umwandlung von Solarenergie in Kerosin zu maximieren. Derzeit beträgt die Umwandlungsrate von Solarenergie in Synthesegas rund 5%. Um jedoch die Rentabilitätsschwelle zu erreichen, muss sich die Effizienz verdreifachen!

Der Weg dorthin ist also noch weit, aber dies ist womöglich nicht das Wichtigste. Solar-Jet hat vor allem bewiesen, dass es möglich ist, Kohlendioxid allein mit Solarenergie in Energie umzuwandeln, wobei diese unglaubliche Leistung auf hohe Akzeptanz stösst. So konnte ein Forscherteam des Labors für molekulare Elektrochemie (Universität Paris-Diderot, CNRS) anhand von im Juli 2017 veröffentlichten Arbeiten nachweisen, dass es möglich ist, CO2 mithilfe des Sonnenlichts in Methan (CH4) umzuwandeln, dieses Mal allerdings mithilfe eines Eisenkatalysators.

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