KEROSIN VOM LABORDACH

Kerosin ist der Treibstoff, den Flugzeuge tanken. Doch wie jeder fossile Brennstoff sorgt er für Emissionen. Schon lange forscht die Branche daher an Alternativen, um die Luftfahrt umweltfreundlicher zu machen. Neben die Idee des Bio-Kerosins aus Pflanzen tritt jetzt das revolutionäre Prinzip „Sun to Liquid“: Ein Reaktor stellt aus Sonne, Wasser und Kohlendioxid Kerosin her.

Auch wenn es viele Projekte und Ideen gibt: In absehbarer Zeit werden größere Verkehrsflugzeuge wegen des hohen Batteriegewichts nicht elektrisch angetrieben werden können. Am klassischen Treibstoff Kerosin führt noch kein Weg vorbei. Eine Idee ist es daher, Kerosin synthetisch herzustellen, also ohne Erdöl. „Sun to Liquid“ heißt die revolutionäre Methode, die einen Durchbruch in der Treibstoffforschung bedeuten könnte. Sie erzeugt, wie der Name schon sagt, aus Sonnenkraft Kerosin. Weitere erforderliche „Zutaten“ sind Wasser und Kohlendioxid (CO2). Wird das benötigte CO2 vorher aus der Umgebungsluft entnommen, lassen sich die später bei der Verbrennung im Triebwerk erzeugten Klimagase sogar ausgleichen – der Kraftstoff wird damit klimaneutral.

Ausgedacht haben sich dieses Verfahren Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH). Zusammen mit weiteren Projektpartnern haben sie dazu zunächst auf dem Dach ihres Maschinenlaboratoriums eine Mini-Raffinerie installiert. Hier werden CO2 und Wasser direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und mit Solarenergie aufgespalten. Heraus kommt dabei das Produkt Syngas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das anschließend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird.

„MIT DIESER ANLAGE BEWEISEN WIR, DASS DIE HERSTELLUNG VON NACHHALTIGEM TREIBSTOFF AUS SONNENLICHT UND LUFT AUCH UNTER REALEN BEDINGUNGEN FUNKTIONIERT.“

Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich

„Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert“, berichtet Aldo Steinfeld stolz. Er ist Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich und hat die Anlage mit seiner Forschungsgruppe entwickelt. „Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Das ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad.“
Die solare Mini-Raffinerie auf dem Dach der ETH beweist die Umsetzbarkeit selbst unter den klimatischen Verhältnissen in Zürich. Mini ist allerdings auch der Ausstoß, den die Anlage produziert: Mehr als ein Deziliter tropft nicht aus dem System heraus – pro Tag. Doch die Idee ist skalierbar. Steinfeld und seine Forscherkollegen aus Deutschland, den Niederlanden und Slowenien testen den Solarreaktor bereits im großen Stil und im Rahmen eines EU-Projekts in der Nähe des deutlich sonnigeren Madrids.
Mehr als 160 Spiegel, so genannte Heliostaten, fokussieren hier das Sonnenlicht auf einen Reaktor, der in einem 20 Meter hohen Turm installiert ist. Seine Reaktorkammer wird mit den Sonnenstrahlen auf rund 1500 Grad erhitzt, ein bislang unerreichter Spitzenwert. Mit Hilfe eines Katalysators wird dann aus Wasser und dem aus der Umgebungsluft entnommenen Kohlendioxid ein synthetisches Gas erzeugt, aus dem sich wiederum in einem weiteren Prozessschritt Kerosin herstellen lässt.
Projektleiter auf deutscher Seite ist Christoph Falter von der Forschungseinrichtung Bauhaus Luftfahrt e.V. Sein Antrieb: „Sollen die selbst gesteckten Ziele der Reduktion von Treibhausgasen umgesetzt werden, müssen neben technischen Verbesserungen des Flugzeuges selbst auch signifikante Verbesserungen der Kraftstoffe erreicht werden.“ Falter ist fest davon überzeugt, dass solare Kraftstoffe einen maßgeblichen Beitrag zur Senkung der Emissionen leisten können. Doch der ist teuer. Der Maschinenbauingenieur und Experte auf dem Gebiet solarer Kraftstoffe rechnet mit Produktionskosten von etwa zwei Euro pro Liter Kerosin. Das ist viermal so viel wie der Verkaufspreis von herkömmlichem Kerosin auf Erdöl-Basis, das für rund 50 Cent angeboten wird. „Das liegt auch daran, dass auf diesen Treibstoff, anders als beim Benzin für Autos, keine Steuern erhoben werden“, erläutert Falter.
Zusammen mit seinem Team hofft er, dass die Politik den Preisunterschied bald ausgleichen könnte. Beispielsweise durch eine Steuer, durch den Handel mit Zertifikaten oder durch Quoten für alternative Kraftstoffe: „Wenn man bedenkt, dass die externen Kosten der Umweltschädigung bei konventionellen Kraftstoffen nicht berücksichtigt werden, gibt es eine gute Begründung für die Einführung solcher Maßnahmen“, ist Falter überzeugt. Hinzu kommt, dass die Technik, Kohlendioxid aus der Luft zu filtern, momentan noch sehr teuer ist. Sinkt hier der Preis, würde auch der Literpreis von synthetischen Kraftsoffen nach unten gehen.
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Doch auch die Anlage in Madrid gilt nur als etwas größeres Testfeld. Das nächste Ziel der Forscher ist es, die Technologie auf eine industrielle Größe zu skalieren und damit eine Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen. So könnte eine Solaranlage mit einer Fläche von einem Quadratkilometer pro Tag 20.000 Liter Kerosin produzieren. Doch um den gesamten durchschnittlichen Bedarf der Luftfahrt zu decken, sind ganz andere Dimensionen erforderlich: Die Anlagen müssten so groß wie ein Drittel der Mojave-Wüste in Kalifornien oder wie die gesamte Schweiz sein.
Text von Behrend Oldenburg
Fotos: Aero Engines, ETH Zürich
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