Kerosin aus Sonnenlicht, CO2 und Wasser hergestellt
Daraus könnte der alternative Flugzeugtreibstoff der Zukunft bestehen: Sonnenlicht, Kohlenstoffdioxid und Wasser. Der gesamte Produktionsprozess für synthetisiertes „solares“ Kerosin wurde jetzt erstmals erfolgreich durchlaufen. Auch andere Kraftstoffe wie Diesel, Benzin oder reiner Wasserstoff lassen sich damit herstellen.
Einer internationalen Forschergruppe ist es gelungen, zum ersten Mal Flugzeugtreibstoff aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid herzustellen. Der Solarreaktor für das alternative Kerosin wurde an der ETH Zürich gebaut.
Foto: ETH-Zürich
Seit drei Jahren forschen Wissenschaftler im Projekt „Solar-Jet“ daran, wie sie Flugzeugtreibstoff aus konzentrierter Sonnenenergie herstellen können. Nicht aus Erdöl, so wie beim herkömmlichen Kerosin, sondern aus den fast unbegrenzt zur Verfügung stehenden Ressourcen Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid soll der solare Treibstoff der Zukunft bestehen. Grundsätzlich ist das wohl machbar, denn jetzt meldet das Team von Solar-Jet, dass der gesamte Produktionsprozess zum ersten Mal erfolgreich durchlaufen wurde.
Thermochemischer Prozess in zwei Schritten
„Unser Grundgedanke ist es, den Verbrennungsprozess umzukehren. Das heißt, wir nehmen Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf als Emissionen, führen Energie zu und gewinnen so Treibstoff“, erklärt Patrick Le Clercq, der das Projekt beim DLR-Institut für Verbrennungstechnik in Stuttgart betreut. Neben dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt sind auch die ETH Zürich, Shell und das Bauhaus Luftfahrt, ein Zusammenschluss von Luft- und Raumfahrtunternehmen, an der Entwicklung des solaren Kerosins wissenschaftlich beteiligt.
Der thermochemische Prozess, den die Forscher verwenden, besteht aus zwei Schritten. Zunächst wird in einem Solarreaktor ein Metalloxid, das als Katalysator dient, in Metall- und Sauerstoff-Ionen gespalten. Die dazu benötigten hohen Temperaturen von bis zu 2000 Grad Celsius werden mit Hilfe von Solarreceivern erzeugt, wie sie auch bei Solarkraftwerken eingesetzt werden. Sie fangen die natürliche Sonnenstrahlung auf und bündeln sie. Dann leiten die Forscher Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf durch den Solarreaktor. Beide reagieren mit den Metall- und Sauerstoff-Ionen und es entsteht ein sogenanntes Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid mit jeweils sehr hohem Reinheitsgrad.
Um die komplexen Vorgänge innerhalb des Solarreaktors genauer zu verstehen, haben die DLR-Verbrennungsforscher den neuartigen ersten Prozessschritt im Computer simuliert.
Quelle: SOLAR-JET
In einem nächsten Schritt wird das Synthesegas anschließend in Kerosin verwandelt. Dafür greifen die Wissenschaftler auf ein Verfahren zurück, das von Franz Fischer und Hans Tropsch bereits 1925 in Deutschland entwickelt wurde. Unter hohem Druck und bei Temperaturen zwischen 200 und 350 Grad Celsius wird das Synthesegas dabei mithilfe von Katalysatoren wie Eisen, Cobalt, Nickel und Ruthenium in flüssige Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Da die Fischer-Tropsch-Synthese bereits weltweit etabliert ist und auch für die Anwendung in der Luftfahrt zertifiziert wurde, sind für den neuen Solar-Treibstoff keine umfangreichen Tests und Zulassungsverfahren mehr notwendig.
Der „virtuelle“ Solarreaktor wertet die thermochemischen Prozesse aus
Um die komplexen Vorgänge innerhalb des Solarreaktors genauer zu verstehen, haben die DLR-Verbrennungsforscher den neuartigen ersten Prozessschritt im Computer simuliert. Das Resultat ist ein „virtueller“ Solarreaktor, der mit rund neun Millionen einzelner Rechenoperationen auswertet, welche thermochemischen Reaktionen wann, wo und mit welchem Energieumsatz ablaufen. „Solche Modellierungen sind heute eine wichtige Voraussetzung für den Aufbau von Versuchsanlagen. So können die Projektpartner zeit- und kostenaufwändige experimentelle Versuche gezielt planen und das Gesamtsystem des Solarreaktors sowie die darin ablaufenden Einzelprozesse systematisch weiterentwickeln“, sagt Patrick Le Clercq.
Vorstellung auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung
Nachdem sie die Machbarkeit im Labormaßstab gezeigt haben, wollen die Wissenschaftler nun den Solarreaktor weiter optimieren und seine technischen und wirtschaftlichen Umsetzungsmöglichkeiten auf industriellem Maßstab untersuchen.
Der im Solar-Jet-Projekt unter der Leitung der ETH Zürich entwickelte Reaktor wird auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung ILA vom 20. bis zum 25. Mai 2014 in Berlin am Stand des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ausgestellt sein.
Ein Beitrag von:
