Interview
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Mini-Solarraffinerie: Forschungsanlage auf dem Dach des ETH-Gebäudes an der Sonneggstrasse.

Forschungsanlage auf dem Dach des ETH-Gebäudes an der Sonneggstrasse. Bild: ETH Zürich / Alessandro Della Bella

Interview

«Direkter, effizienter und günstiger» – ETH beantwortet Fragen zur solaren Mini-Raffinerie

Die ETH Zürich hat eine Weltpremiere präsentiert: eine solare Mini-Raffinerie, die aus Licht und Luft Treibstoff herstellt. Die neue Technologie hat bei den watson-Usern eine rege Diskussion ausgelöst. Philipp Furler beantwortet einige der User-Fragen.



Die Premiere fand auf dem Dach des ETH-Maschinenlaboratoriums mitten in Zürich statt. Die Wissenschaftler der ETH stellten am vergangenen Donnerstag eine Forschungsanlage vor, die aus Sonnenlicht und Luft synthetische flüssige Treibstoffe produziert. Und zwar CO2-neutral, denn bei der Verbrennung wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie zuvor der Luft entnommen wurde.

Die Weltneuheit der ETH-Forscher wurde in der watson-Community rege und kontrovers diskutiert. Und es tauchten Fragen auf – von denen wir einige an Philipp Furler vom Institut für Energietechnik weiterreichten. Hier seine Antworten:

Philipp Furler: Hier muss man Äpfel mit Äpfeln vergleichen, und nicht mit Birnen. Wir stellen CO2-neutrale flüssige Treibstoffe her und keinen Strom. Es handelt sich um ein thermochemisches Verfahren, bei dem CO2 und Wasser aus der Luft mit Solarwärme in ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid (Synthesegas) aufgespalten wird. Das gewonnene Synthesegas wird anschliessend in flüssige Treibstoffe verarbeitet. Bei diesem Prozess wird also kein Strom erzeugt, sondern ein chemischer Energieträger. Er lässt sich darum nicht direkt mit der Produktion von Solarstrom vergleichen.

Philipp Furler: CO2 ist ein Gas, das sich recht schnell in der Atmosphäre verteilt. Der CO2-Gehalt ist darum überall nahezu gleich, er liegt bei rund 400 ppm (parts per million). Genau darum handelt es sich bei CO2-Emissionen auch um ein globales Problem – wenn das Gas zum Beispiel in China freigesetzt wird, betrifft uns das im gleichen Mass wie die Leute dort.

Philipp Furler, Co-Gründer Synhelion

Philipp Furler. Screenshot: SRF

Dr. Philipp Furler, wissenschaftlicher Mitarbeiter der ETH, hat die Entwicklung der Forschungsanlage geleitet. Er arbeitet nun als technischer Direktor (CTO) des ETH-Spinoffs Synhelion an der Kommerzialisierung der Technologie.

Philipp Furler: Syngas oder Synthesegas ist ein Gemisch aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) und wird momentan vornehmlich aus Erdgas hergestellt. Aus Syngas lassen sich zahlreiche flüssige und gasförmige Treibstoffe wie Kerosin, Diesel, Methanol, Benzin oder auch Methan herstellen. Diese Verfahren sind bereits industriell und werden in grossem Massstab für die Herstellung von Treibstoffen angewandt.

Philipp Furler: Unser Verfahren hat gegenüber der Produktion von Agrotreibstoffen wie zum Beispiel Biodiesel zwei Hauptvorteile: Erstens ist es viel effizienter, das heisst, auf der gleichen Fläche kann deutlich mehr Treibstoff produziert werden. Zweitens benötigen Agrotreibstoffe Kulturland – sie treten also notgedrungen in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Das ist bei unserem Verfahren nicht der Fall; die benötigte Fläche ist bevorzugt unfruchtbare Wüste, wo genügend Sonneneinstrahlung vorhanden ist.
Im Übrigen zielen wir bei der Produktion auf eine Ausbeute von 20 Tonnen Kerosin pro Tag auf einem Quadratkilometer, nicht pro Jahr.

Philipp Furler: Wüstenluft enthält genug Feuchtigkeit. Der Prozess scheidet neben CO2 gleichzeitig Wasser in genügend grossen Mengen ab. Dies ist gerade in Wüstengebieten ein Vorteil.

Philipp Furler: Die Grundthematik ist richtig dargestellt: Emissionen wirken sich in grosser Höhe anders aus als am Boden. Dies gilt übrigens nicht nur für CO2, sondern besonders auch für die Emissionen durch Verunreinigungen in fossilen Treibstoffen durch Schwefel oder ähnliche Komponenten. Unsere Treibstoffe sind frei von diesen Verunreinigungen, und darum sind auch die Auswirkungen in der Höhe geringer.
Das Verfahren eignet sich natürlich auch für die Produktion von Treibstoff für den Strassenverkehr. Dieser wird in Zukunft, so denke ich, ein Mix aus diversen Technologien sein; neben Elektrofahrzeugen wird es auch durch synthetische Treibstoffe angetriebene Fahrzeuge geben.

Philipp Furler: Ja, das könnte man machen. Falls man den Treibstoff langfristig lagert und nicht verbrennt, hätte man negative CO2-Emissionen erreicht. Dazu muss aber nicht unbedingt ein Treibstoff erzeugt werden; es gibt bereits heute andere Verfahren, um CO2 aus der Atmosphäre abzuscheiden und langfristig im Gestein zu binden (siehe www.climeworks.com).

Philipp Furler: Man kann für den Prozess natürlich auch CO2 von einer Punktquelle beziehen, zum Beispiel aus den Abgasen eines fossilen Kraftwerks. Dabei würde der Kohlenstoff zweimal verwendet – einmal im Kraftwerk und einmal beim Verbrennen des Treibstoffs –, bevor er in die Atmosphäre gelangt. Der Prozess würde die CO2-Emissionen grob halbieren, wäre aber nicht CO2-neutral.
Im Vergleich mit anderen Verfahren, die ebenfalls klimaneutral sind, ist unser Verfahren direkter, effizienter und dadurch langfristig günstiger.

Philipp Furler: Wir produzieren Treibstoff, nicht Strom. Treibstoffe wie Benzin oder Kerosin sind sehr lange lagerbare und einfach transportierbare Energieträger, die in bestimmten Fällen kaum zu ersetzen sind (beispielsweise in der Luftfahrt).

Philipp Furler: Man muss hier aufpassen, dass man nicht zwei unterschiedliche Dinge miteinander vergleicht. Fossile Treibstoffe – Erdöl, Kohle oder Erdgas – wurden von der Natur über Millionen von Jahren gebildet. Sie sind endlich, also nicht erneuerbar. Dies, weil wir sie viel schneller verbrauchen, als neue entstehen. Bei unserem Verfahren dagegen verwenden wir Sonnenenergie, um künstlich aus Luft einen Treibstoff zu erzeugen – wir speichern also die Sonnenenergie in chemischer Form. Das ist an sich eine nahezu unendliche und erneuerbare Ressource, die den gesamten Energiebedarf der Menschheit decken könnte.

Philipp Furler: Das habe ich mir tatsächlich schon überlegt. Die Marsatmosphäre besteht hauptsächlich aus CO2, aus dem wir mit dem gleichen Verfahren reinen Sauerstoff und Treibstoff (CO) herstellen könnten – und Sauerstoff ist auf dem Mars Mangelware. Wir fokussieren aber in erster Linie darauf, die Probleme hier auf der Erde zu lösen.

(dhr)

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«CO2-neutraler Treibstoff aus Luft und Sonnenlicht.» Video: YouTube/ETH Zürich

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    Alle Leser-Kommentare
  • Ali G 19.06.2019 00:38
    Highlight Highlight Geniale Idee und super umgesetzt.
    Ich bin schon lange ein Freund der Solar-Wärme wegen der hohen Effizienz.
    Ich hätte nicht geglaubt, dass die direkte Umwandlung in Treibstoff möglich ist.
    Danke für die zusätzlichen Erklärungen durch den Wissenschaftler.
  • ETH1995 18.06.2019 20:54
    Highlight Highlight Wissen gegen viel Halbwissen. Deshalb lohnt es sich, mit Wissenschaftlern zu reden. Wir lieben nichts mehr, als über unsere Forschung zu sprechen, ganz egal auf welchem Niveau.
    Ein Forscher! 😁
  • Gipfeligeist 18.06.2019 15:12
    Highlight Highlight Echt schön, einige stumpfe Kommentarfragen von einem hellen Kopf beantwortet zu bekommen!

    Auf 20Min wäre die Ausbeute noch besser gewesen ;)
    • DerHans 18.06.2019 15:23
      Highlight Highlight Es gibt keine dummen Fragen, sondern nur dumme Antworten.
    • Ludwig XVI 18.06.2019 16:38
      Highlight Highlight Das wär dann wohl wieder so ein Kommentar :-)
      Stumpfe Fragen,nichr dumme Fragen.

      Und das waren stumpfe Fragen, wobei aber auch die Antworten stumpf ausfielen. Stumpf aber korrekt :-)
    • IchSageNichts 18.06.2019 17:41
      Highlight Highlight Oft sind es keine Fragen sondern fast schon Behauptungen...
  • tonitoetap 18.06.2019 15:01
    Highlight Highlight Spannend wie viele Leute hier in den Kommentaren offenbar alles besser schnallen als ein Mann mit Doktortitel, der eine möglicherweise wirtschaftliche Lösung für ein uns alle betreffendes Problem gefunden zu haben scheint.
    • DerHans 18.06.2019 15:38
      Highlight Highlight Glauben sie einfach alles sobald es ihnen jemand mit Doktortitel erzählt?
    • tonitoetap 19.06.2019 10:56
      Highlight Highlight Nein ich glaube nicht alles was mir ein Doktor erzählt, ich masse mir aber auch nicht an einen Doktor auf seinem Fachgebiet zu korrigieren, geschweige denn seine Arbeit mit unseriösen Argumenten zu diskreditieren.
  • Rabbi Jussuf 18.06.2019 14:56
    Highlight Highlight 1Quadratkilometer liefert also im Idealfall 25000 Liter Kerosin pro Tag.
    Das heisst bei einem EK Preis für Airlines von € -.38 ergäbe das € 9500.-
    Das dürfte sehr hoch gerechnet sein und Lagerung und Transport sind nicht mitgerechnet.
    Wieviel kostet die Wartung einer Quadratkilometeranlage?
    Von den Investitionskosten ganz zu schweigen...
    Ich schätze mal, da wird wenig bis nichts daran verdient.
    • Wander Kern 18.06.2019 15:44
      Highlight Highlight Treiben wir die Milchmädchenrechnung mal weiter: Tageseinkommen eines Chilenen (wir erinnern: Atacamawüste) beträgt ca 30€. Für 9500€ könnte man also 316 Menschen anstellen. Die hätten dann eine Fläche von knapp 3200m^2 zu umsorgen, das ist weniger als ein halbes Fussballfeld.
    • Oel oil 18.06.2019 17:26
      Highlight Highlight Basierend auf der aktuellen Kostenstruktur mögen Sie recht haben. Mit dem sich abzeichnenden Wandel dürfte sich dies ändern.
    • IchSageNichts 18.06.2019 17:45
      Highlight Highlight Das zeigt doch die Absurdität... 38 Cent ist viel zu billig
      Diese neue Technologie stellt etwas her aus Gratismaterial und kostet whrsch trotzdem mehr als die nicht erneuerbaren Energieträger.
      D.h. auch das die Ölstaaten es zu billig konzesionieren!
    Weitere Antworten anzeigen
  • whatthepuck 18.06.2019 14:52
    Highlight Highlight Diese Anlagen sollten effizient sein, dass nicht riesige Anlagen auf gigantischen Flächen erstellt werden müssen. Aber sonst? Ist der Wirkungsgrad wirklich so wichtig? Die Energie kommt ja von der Sonne, läuft ständig und unendlich.

    Abgesehen davon finde ich den Punkt bezüglich Äpfel und Birnen wirklich gut. Strom produzieren ist was anderes als "Sonnenbenzin" produzieren.

    Auch in einigen Jahrzehnten werden noch Autos mit Verbrennungsmotoren auf den Strassen unterwegs sein, gerade in ärmeren Ländern. Wenn diese Karren CO2-neutral fahren könnten, wäre das doch genial!
    • DerHans 18.06.2019 15:11
      Highlight Highlight Doch der Wirkungsgrad spielt eine grosse Rolle. Je effizienter die Anlage läuft desto billiger können Synfuels verkauft werden. So lange Synfuels nicht deutlich billiger als Diesel oder Benzin sind, wird vor allem in armen Ländern kein Tropfen davon getankt.
    • loquito 18.06.2019 19:59
      Highlight Highlight Der Hans... Diesel wird immer knapper, damit immer teurer.. Irgendwann wird das Synfuel achon günstiger als normales Diesel...
    • DerHans 19.06.2019 11:43
      Highlight Highlight Ioquito dieses Szenario werden wir wohl nicht erleben, dass das Öl ausgeht.
  • Martin Roth (1) 18.06.2019 14:29
    Highlight Highlight Sehr interessante Gegenüberstellung von Kommentaren und Antworten.
    An diejenigen, die mit den Äpfeln und Birnen Mühe haben: Man kann es nicht vergleichen, weil bei den beiden Technologien die Fragen zur Lagerung und zum Transport der Energie ganz andere sind sind.
  • Stigs 18.06.2019 14:08
    Highlight Highlight Man kann Fragen stellen? Super.
    -Wie viele Stunden eines Durchschnitts-Sommertags braucht es um 1 Liter Benzin herzustellen? (mit der jetzigen Anlage)
    -Wie sieht das Umwandeln von Syngas in Treibstoff genau aus? Energietechnisch, Wirkungsgrad, Aufwand...?
    -Wie weit ist die jetzige Anlage marktfähig? Kann man sie noch effizienter machen?
    -In wie fern, abgesehen vom umwelttechnischen, ist sie mit dem althergebrachtem Erdöl konkurenzfähig?
    -Wie grosse Wellen hat es bereits geschlagen? Weltpresse, Anfragen von Sponsoren...
  • kobL 18.06.2019 13:29
    Highlight Highlight Wie viel Energie verbraucht eigentlich die Umwandlung von Syngas zu flüssigen Treibstoffe?
    • Mr.Moe 18.06.2019 18:03
      Highlight Highlight Die Reaktion verläuft exotherm, also es wird noch Energie freigesetzt.
  • Höseler 18.06.2019 13:29
    Highlight Highlight Ich finds toll wie dieser Artikel Leser und Wissenschaftler verknüpft. Merci
  • sheimers 18.06.2019 13:21
    Highlight Highlight Natürlich lässt sich der Wirkungsgrad direkt vergleichen. 7% Wirkungsgrad bei der Treibstoffherstellung und 25% Wirkungsgrad im Benzinmotor gibt 1.75% Wirkungsgrad von der Sonne zur mechanischen Energie. 18% bei der Photovoltaik mal 90% im Akku mal 90% im Elektroantrieb (sehr grob geschätzt) gibt 14.6% Wirkungsgrad von der Sonne bis zur mechanischen Energie im Fahrzeug. Würde der Reaktor auf 25% verbessert (wie in einem NZZ Artikel vorhergesagt), blieben im Ottomotor immer noch nur 6.25% der Sonnenenergie übrig, also immer noch deutlich weniger als beim Batterie-Elektroauto.
    • 7immi 18.06.2019 14:17
      Highlight Highlight @scheimers
      und was ist, wenn ich einen fossilen Energieträger und nicht elektrischen Strom will? Dann sieht die Sache ganz anders aus. Daher: Nicht vergleichbar.
    • DerHans 18.06.2019 14:36
      Highlight Highlight 7immi, ich hoffe für sie, sie meinen flüssigen Energieträger und nicht fossil. Das wir von fossilen Energieträgern weg müssen sollte jetzt langsam jedem klar sein.
    • 7immi 18.06.2019 14:36
      Highlight Highlight Also Quasifossil, ich meine natürlich chemischen Energieträger. Sorry.
    Weitere Antworten anzeigen
  • undduso 18.06.2019 13:11
    Highlight Highlight Da hat der gute Dr. Furler aber ganz schön an den zum Teil sehr guten Fragen vorbeigeantwortet.

    Natürlich kann man den Wirkungsgrad mit Strom vergleichen, wenn man den Energiegehalt des produzierten Stoffes kennt.

    Auch auf den Kommentar von Toerpe hat er ziemlich ausweichend geantwortet. Toerpe hat nie fossile Brennstoffe erwähnt, der Dr. vergleicht sein Verfahren trotzdem damit ohne auf den Flächenverbrauch einzugehen.
    • Raphael Stein 18.06.2019 13:38
      Highlight Highlight Der Flächenverbrauch in der Wüste ist vernachlässigbar. Anders bei Kulturland.
    • Nick Name 18.06.2019 13:55
      Highlight Highlight Der gute Dr. Furler ging zwar nicht auf die Spiegelreinigungsfrage ein, aber indirekt durchaus auf Toerpes Äusserung. Der stellt eine (verglichen mit anderen) aussichtsreiche Innovation zur enorm dringlichen Energiefrage flapsig als «Irrsinn» hin. Aber der im Vergleich viel grössere Irrsinn, dass wir immer grössere Mengen Energie «verbrauchen» und mit rasender Geschwindigkeit weiterhin fröhlich fossile Energieträger (inkl. Uran) verbraten, die viel mehr Probleme machen als lösen und zudem in absehbarer Zeit einfach nicht mehr zur Verfügung stehen werden, scheint hinnehmbar. Warum?
  • Aurum 18.06.2019 13:00
    Highlight Highlight Sehr spannender Artikel! 20 Tonnen Kerosin pro km^2 am Tag wäre ein genialer Anfang, auch wenn das im Vergleich mit dem weltweiten Erdölverbrauch ein Witz ist.
  • Samuelsson 18.06.2019 12:51
    Highlight Highlight Sehr sehr spannend! Bleibt dran!
  • FrancoL 18.06.2019 12:41
    Highlight Highlight Ein Passus, den sich viele gut merken sollten:
    "Man muss hier aufpassen, dass man nicht zwei unterschiedliche Dinge miteinander vergleicht. Fossile Treibstoffe – Erdöl, Kohle oder Erdgas – wurden von der Natur über Millionen von Jahren gebildet. Sie sind endlich, also nicht erneuerbar. . . .. Bei unserem Verfahren dagegen verwenden wir Sonnenenergie, um künstlich aus Luft einen Treibstoff zu erzeugen – wir speichern also die Sonnenenergie in chemischer Form. Das ist an sich eine nahezu unendliche und erneuerbare Ressource, die den gesamten Energiebedarf der Menschheit decken könnte.
  • DerHans 18.06.2019 12:37
    Highlight Highlight Leider wurde bei den interessantesten Fragen, um den Wirkungsgrad und dem Flächenverbrauch um den heissen Brei geredet. Wieviel Energie muss aufgewendet werden um mit Synfuel oder rein elektrisch 100km zu fahren. Was hier Äpfel und Birnen sein sollen versteh ich nicht.
    • undduso 18.06.2019 13:38
      Highlight Highlight Ich hab mal ein bisschen gerechnet
      Unter idealen Bedingungen und erst durch Verbesserungen am System ergeben 20'000l Kerosin pro km^2 genau 0.02l m^2. Mit einem Energiegehalt von 34MJ/l gibt das 0.68MJ/m^2 oder aufgerundet 0.2kWh/m^2. Natürlich alles pro Tag (also mit Nacht nehm ich an).
      Das ganze ergibt eine Jahresleistung von etwa 75kWh. Photovoltaik schafft in unseren Breitengraden fast das doppelte, wobei ich annehme, dass die ETH-Technologie in der Wüste gerechnet wurde.
    • Aurum 18.06.2019 14:24
      Highlight Highlight Warum sollte man den Energieverbrauch überhaupt so genau beschreiben? Viel interessanter zu wissen ist doch in diesem Augenblick, was damit im Gegensatz zur Erdölraffinerie eingespart wird, welche leider alles andere als Autark ist?

      Wenn man dieser Tabelle hier glauben schenken darf, ist das nämlich eine ganze Menge.
      https://www.nationmaster.com/country-info/stats/Energy/Electricity/Consumption-by-petroleum-refineries#2005

      Kenne mich da aber zu wenig aus, wäre froh, wenn mir das jemand bestätigen oder dementieren würde.
    • IchSageNichts 18.06.2019 17:50
      Highlight Highlight 1. Strom ist weniger gut speicherbar und du willst auch im Winter fahren.
      Für die Luftfahrt zählt Energiedichte einiges mehr als für den Landverkehr. Deshalb machen Syntreibstoffe halt auch Sinn
  • FrancoL 18.06.2019 12:34
    Highlight Highlight Danke, danke das ist doch einmal eine richtige und wichtige Entgegnung und Klarstellung zu den vielen aufgeworfenen Fragen und zeigt, dass die Wissenschaftler doch etwas mehr denken als manch ein Schreiberling hier zu Besten gibt.
    Die Erklärungen sind gut und einfach verständlich, nochmals besten Dank.
    An Watson: es bräuchte auch im Bereich der Pv oder der Speicherung oder der sehr beliebten Diskussion um den Wirkungsgrad von Quellen solche Artikel mit Klarstellungen.
  • Ruefe 18.06.2019 12:32
    Highlight Highlight Mir kommt noch eine andere Anwendung zum Syngas in den Sinn. Da es aus H2 und CO besteht könnte man dieses auch in Brennstoffzellen zur Stromproduktion nutzen, diese Verwertung führt dann lediglich zu Abgasen aus Wasser. Ein Nachteil ist natürlich dass die Brennstoffzellentechnologie noch nicht so ausgereift ist.

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