Sun-to-LiquidD-Forschungseinrichtung in Móstoles, Spanien © Christophe-Ramage / ARTTIC
Heliostat-Solaranlage produziert zum ersten Mal Kerosin aus Sonnenlicht, Wasser und CO2
Die Umstellung von fossilen auf erneuerbaren Kraftstoff ist eine der wichtigsten Herausforderungen der Zukunft sagen die Wissenschaftler des Forschungsprojekts SUN-to-LIQUI. Es soll die Produktion von erneuerbarem Kerosin aus Wasser und CO2 durch konzentriertes Sonnenlicht ermöglichen. Im Rahmen des von der Europäischen Union und der Schweiz geförderten Projekts ist zum ersten Mal die Herstellung von solarem Kerosin gelungen.
„Die SUN-to-LIQUID-Reaktortechnologie und die integrierte chemische Anlage wurden unter den typischen Bedingungen für eine industrielle Kraftstoffproduktion validiert“, sagte Prof. Aldo Steinfeld von der ETH Zürich, der die Entwicklung des solarthermochemischen Reaktors leitet. „Die Demonstration dieser Technologie könnte große Auswirkung auf den Transportsektor haben, speziell für die Luftfahrt und die Schifffahrt, die auf langen Strecken weiterhin auf flüssige Kraftstoffe angewiesen bleiben“, ergänzte Projektkoordinator Dr. Andreas Sizmann von Bauhaus Luftfahrt. „Wir sind dem Ziel, von einem Energie-Einkommen nachhaltig zu leben, anstatt unser fossiles Energie-Erbe zu verbrennen, einen Schritt nähergekommen. Das ist ein notwendiger Schritt, um unsere Umwelt zu schützen.“
Vom Labor ins Sonnenlicht
Im Vorgänger-Projekt SOLAR-JET wurde die Technologie entwickelt und es gelang erstmals solares Kerosin unter Laborbedingungen herzustellen. Mit „SUN-to-LIQUID“ wurde die Technologie aus dem Labor ans Tageslicht gebracht und unter realen Bedingungen in einem Solarturm getestet. Dafür wurde auf dem Gelände des IMDEA Energy Instituts in Móstoles, Spanien, eigens eine Solaranlage mit einem der Sonne folgenden Heliostatenfeld errichtet. Das Heliostatenfeld konzentriert mit seinen Spiegeln das Sonnenlicht mit Faktor 2500. Die sehr hohe solare Strahlungsintensität, die durch Flussdichte-Messungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bestätigt wurde, ermöglicht es, in einem solaren Reaktor Temperaturen von über 1500 Grad Celsius zu erzeugen.
Der vom Projektpartner ETH Zürich entwickelte Reaktor produziert aus Wasser und CO2 durch eine thermochemische Redoxreaktion ein sogenanntes Synthesegas – eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Eine spezielle Fischer-Tropsch-Anlage, die vom Projektpartner HyGear entwickelt wurde, wandelt dieses Synthesegas vor Ort in Kerosin um.
Das DLR verfügt über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung solar-thermochemischer Prozesse und ihrer Komponenten. Im Projekt SUN-to-LIQUID war das DLR verantwortlich für die Vermessung des Solarfelds und der konzentrierten Solarstrahlung, für die Entwicklung von Konzepten zur optimierten Wärmerückgewinnung und – wie bereits im Vorgängerprojekt Solar-Jet – für die Simulation von Reaktor und Gesamtanlage am Computer.
Wissenschaftler der DLR-Institute für Solarforschung und für Verbrennungstechnik nutzten virtuelle Modelle um die solare Herstellung von Kerosin aus dem Labor auf den realen Betrieb im Megawatt-Maßstab zu skalieren und um Design und Betrieb der Anlage zu optimieren. Für SUN-to-LIQUID entwickelten Solarforscher des DLR ein Flussdichte-Messsystem, das es ermöglicht, die Intensität der hochkonzentrierten Sonnenstrahlung direkt vor dem Reaktor bei minimaler Unterbrechung des Betriebs zu erfassen. Diese Daten sind erforderlich, um die Anlage sicher zu betreiben und den Wirkungsgrad des Reaktors bestimmen zu können.
Aussicht auf unbegrenzte Versorgung mit nachhaltigen Kraftstoffen
Im Vergleich zu fossilem Kraftstoff reduziert SUN-to-LIQUID die CO2-Emissionen um mehr als 90 Prozent. Da sich die solare Kraftstoffproduktion am besten für Wüstenstandorte eignet, besteht keine Konkurrenz um landwirtschaftliche Nutzfläche. Den Rohstoff CO2 soll die Anlage langfristig aus der Atmosphäre gewinnen. Die zukünftige globale Kerosinnachfrage könnte mit dem neuen verfahren durch regenerativ erzeugte Kraftstoffe gedeckt werden, die mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur auch noch kompatibel sind.
Über SUN-to-LIQUID
SUN-to-LIQUID ist ein Vier-Jahres-Projekt, das im Rahmen von Horizont 2020 – des Förderprogramms für Forschung und Innovation der Europäischen Kommission – sowie durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation gefördert wird. Projektstart war im Januar 2016 und im Dezember 2019 wird das Projekt enden.
SUN-to-LIQUID vereint führende europäische Forschungsinstitutionen und Firmen im Bereich thermochemische Solarforschung: ETH Zürich, IMDEA Energy, DLR, Abengoa Energía und HyGear Technology & Services B.V. Der Koordinator Bauhaus Luftfahrt e.V. ist verantwortlich für die Technologie- und Systemanalyse. ARTTIC unterstützt das Forschungskonsortium mit Projektmanagement und Kommunikation.
Quelle: DLR