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 Die Solarraffinerie auf dem Dach der ETH Zürich.
Die Solarraffinerie auf dem Dach der ETH Zürich.
bild: eth

Dieser Reaktor produziert Treibstoff aus Licht und Luft – und steht in Zürich

Forschenden der ETH Zürich ist eine bedeutende Weltpremiere gelungen: Sie haben eine Technologie entwickelt, die aus Sonnenlicht und Luft CO2-neutrale Treibstoffe herstellt. Die Solar-Raffinerie funktioniert bereits unter Realbedingungen.
13.06.2019, 14:4713.06.2019, 15:17

Klimaneutrales Benzin, Diesel oder Kerosin aus Luft und Licht - was in Zeiten der Klimadiskussion wie ein Menschheitstraum klingt, ist an der ETH Realität. Am Donnerstag präsentierten die ETH-Forscher in Zürich erstmals weltweit die gesamte thermochemische Prozesskette zur Herstellung der solaren Treibstoffe unter realen Bedingungen.

Die neue solare Mini-Raffinerie steht auf dem Dach des ETH-Maschinenlaboratoriums im Zentrum von Zürich. Die Anlage stellt aktuell Methan her - einen Deziliter am Tag. Sie könnte aber eine Vielzahl der heute gebräuchlichen fossilen Treibstoffe synthetisch produzieren.

Die hergestellten Treibstoffe sind CO2-neutral: Bei der Verbrennung wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie bei der Herstellung der Umgebungsluft entzogen wurde.

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Kernstück und die eigentliche Neuentwicklung sind zwei Solarreaktoren, die mit gebündeltem Sonnenlicht aus einem Parabolspiegel auf 1500 Grad aufgeheizt werden. Sie wandeln CO2 und Wasser zu Syngas um, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. In einem weiteren Prozess wird Syngas zu verschiedenen Kohlenwasserstoffen verarbeitet, den heute gebräuchlichen Treibstoffen.

Das am Anfang benötigte CO2 und das Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft gewonnen. Die Technologie stammt ebenfalls von der ETH. Als Energiequelle für den ersten Reaktionsschritt kann die Abwärme des Solarreaktors genutzt werden.

So funktioniert die neue solare Mini-Raffinerie
Die Produktion der solaren Treibstoffe an der ETH Zürich funktioniert in drei thermochemischen Umwandlungsprozessen. Alle drei sind in der neuen Mini-Raffinerie auf dem Labordach integriert.

Durch einen Adsorption-Desorption-Prozess werden CO2 und Wasser direkt aus der Umgebungsluft entnommen. Beide werden dem Solarreaktor im Fokus eines Parabolspiegels zugeführt.

Die Solarstrahlung wird durch den Parabolspiegel 3000-mal konzertiert, im Innern des Reaktors eingefangen und in Prozesswärme mit einer Temperatur von 1500 Grad Celsius umgewandelt.

Im Herzen des Reaktors befindet sich eine spezielle keramische Struktur aus Ceriumoxid. Die Schaumkeramik ist das Herzstück der ETH-Entwicklung. Dort werden in einer zweistufigen Reaktion - dem sogenannten Redox-Zyklus - Wasser und CO2 gespalten und Syngas hergestellt.

Diese Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid wird mittels konventioneller Synthese in flüssige Treibstoffe weiterverarbeitet. (sda)

Realitätsbeweis erbracht

«Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert» wird Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, in einer Mitteilung der ETH zitiert.

Steinfeld, der die Technologie mit seiner Forschungsgruppe entwickelt hat, weilte am Donnerstag in Madrid, wo er eine zweite Anlage der Öffentlichkeit vorstellte. Die ETH-Anlage in Spanien stellt zwar nur Syngas her, ist aber ungleich grösser als die Mini-Raffinerie in Zürich. Mit einem Solar-Turm und einem am Boden montierten Spiegel-Feld weist sie den Weg in kommerzielle Dimensionen.

Die Anlage in Madrid.
Die Anlage in Madrid.

Schon 2025 soll es soweit sein, wie Philipp Furler, wissenschaftlicher Mitarbeiter der ETH, in Zürich erklärte. Als technischer Direktor (CTO) des ETH-Spinoffs Synhelion entwickelt er die Forschungsanlage zu einer industriellen Produktionsanlage weiter.

Es gilt die Anlagengrösse zu vervielfachen, von 200 Kilowatt auf 40 Megawatt. Und das Sonnenlicht muss effizienter genutzt werden, um die Treibstoffe wirtschaftlich produzieren zu können. «Die Spiegel sind der Hauptkostenpunkt», erklärt Furler. Man müsse daher mit weniger auskommen. Der junge Forscher ist zuversichtlich: Der technische Weg zu einem höheren Wirkungsgrad sei bereits klar.

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Interessant für die Luftfahrt

Läuft alles wie erhofft, will Synhelion in sechs Jahren die erste kommerzielle Anlage realisieren mit einer Produktionskapazität von 10 Millionen Litern Solartreibstoff im Jahr.

Als Abnehmer sieht Furler in erster Linie Airlines. «Die Luftfahrt hat keine Alternativen zu den fossilen Treibstoffen», sagt er. Batterien seien für Flugzeuge zu schwer. Die Kosten von solarem Kerosin sieht Furler langfristig bei ein bis zwei Franken pro Liter. Zum Vergleich: aktuell kostet ein Liter fossiles Kerosin 50 Rappen, vor Steuern.

Eine Solaranlage von einem Quadratkilometer Fläche könnte pro Tag 20‘000 Liter Kerosin produzieren. Laut den ETH-Forschenden könnte der Kerosin-Bedarf der gesamten Luftfahrt also mit einer Anlage von der Fläche der Schweiz oder einem Drittel der Mojave-Wüste in Kalifornien gedeckt werden.

Allerdings ist die Schweiz als Standort für eine industrielle Anlage ungeeignet. Notwendig sind grosse freie Flächen und eine starke und konstante Sonneneinstrahlung. Das müssen nicht zwingend Wüsten sein. Gute Voraussetzungen sind bereits in den südeuropäischen Ländern vorhanden. (sda)

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quelle: epa / christos bletsos
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