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Experimenteller Flugzeugsprit: Licht + Treibhausgas = Kerosin

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Projekt "Solar-Jet": Treibstoff aus dem Labor Fotos
Solar-Jet

Fliegen ist schlecht fürs Klima, deswegen arbeiten Forscher an alternativen Treibstoffen. Ein neues Projekt will Flugbenzin aus dem Treibhausgas CO2 herstellen - und meldet erste Erfolge. Doch wie leistungsfähig ist das Verfahren wirklich?

Es klingt wie Alchemie, doch tatsächlich ist das Ganze nichts weiter als die Umkehrung eines Verbrennungsprozesses: Allein aus dem Treibhausgas Kohlendioxid und Wasser will ein von der Europäischen Union gefördertes Forschungsprojekt klimafreundliches Flugzeugbenzin herstellen - mit Hilfe von Sonnenenergie. Ein Konsortium namens "Solar Jet" präsentiert erste Ergebnisse jetzt auf der Internationalen Luftfahrtausstellung (ILA) in Berlin.

"Wir haben den experimentellen Nachweis erbracht, dass der Pfad der Herstellung solaren Kerosins aus technologischer Sicht gangbar ist", sagt Christoph Falter von Bauhaus Luftfahrt. Die vom Freistaat Bayern und Industrieunternehmen finanzierte Ideenschmiede leitet das Projekt, an dem unter anderem auch die ETH Zürich und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mitarbeiten.

Die Luftfahrtbranche hat ein Öko-Problem. Bei Flugreisen werden normalerweise große Entfernungen zurückgelegt - und die Jets produzieren bei der Verbrennung des Treibstoffs nicht nur Kohlendioxid, sie stoßen auch Stickoxide aus. Außerdem lassen die Abgase Wolken entstehen, die Wärmestrahlung wieder zur Erde reflektieren können.

Radikaler Ansatz "Solar Jet"

Jens Borken-Kleefeld vom Internationalen Institut für Angewandte Systemanalyse (IIASA) im österreichischen Laxenburg hat zusammen mit Kollegen vom Center for International Climate and Environmental Research (Cicero) im norwegischen Oslo die aufs Jahr gerechneten Klimafolgen des Reisens untersucht. "Nur zwei Flugreisen machen so viel aus wie alle Autofahrten eines durchschnittlichen Haushalts zusammengenommen", so sein Fazit. Dazu kommt: Nach einer Prognose des Luftverkehrsverbandes IATA gehen die Fluggesellschaften der Welt allein bis 2017 von einem Passagierplus von 31 Prozent im Vergleich zu 2012 aus.

Flugzeughersteller und Airlines bemühen sich, ihre Ökobilanz zu verbessern. Sie tüfteln an effizienteren Jets und experimentieren mit Biosprit. Doch "Solar Jet" ist ein weit radikalerer Ansatz: Der Treibstoff soll aus fast unbegrenzt zur Verfügung stehenden Ressourcen bestehen - und nicht mehr aus Erdöl. Daher soll er auch kaum negative Klimafolgen haben.

Temperaturen von bis zu 2000 Grad Celsius

Das Alternativ-Kerosin wird im Labor in einem mehrstufigen Prozess erzeugt. Wichtigste Zutat dabei ist gebündeltes Sonnenlicht. Es sorgt dafür, dass in einem Reaktor, der am DLR-Stand auf der ILA gezeigt wird, Temperaturen von bis zu 2000 Grad Celsius erreicht werden. Die sind nötig, damit die entscheidenden chemischen Schritte ablaufen:

  • Zunächst wird ein Katalysator aus Ceroxid teilweise in Metall- und Sauerstoffionen aufgespalten. Speziell hierfür sind die hohen Temperaturen nötig.

  • In einem zweiten Schritt werden Wasserdampf und Kohlendioxid - es soll in Zukunft aus Industrieprozessen oder Kraftwerksabgasen kommen - durch die Reaktionskammer geleitet. Die Gase reagieren mit den Metall- und Sauerstoffionen. Es entsteht ein sogenanntes Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

  • Das Synthesegas lässt sich dann mit dem sogenannten Fischer-Tropsch-Verfahren unter anderem zu Flugzeugsprit weiterverarbeiten. Die Technologie ist altbewährt: Deutschland hat während des Zweiten Weltkriegs aus Kohle Sprit gewonnen. Heute wird das Verfahren zum Beispiel in Katar zur Benzinherstellung aus Erdgas angewendet. In dem Pilotprojekt übernahm der Ölkonzern Shell die Aufbereitung des Kerosins.

Spannend an "Solar Jet" ist die Herstellung des Synthesegases mit Hilfe von Sonnenlicht - auch wenn das für die entscheidenden Versuche an der ETH Zürich noch durch kraftvolle Lampen simuliert wurde. In Zukunft könnte die Sonnenenergie durch Solarturmkraftwerke geliefert werden.

Doch bisher funktioniert das Verfahren eben nur in kleinem Maßstab. "Die Versuchsanlagen, die derzeit genutzt werden, haben noch einen geringen Wirkungsgrad, allerdings besteht das Potenzial, in technischen Anlagen erheblich viel besser zu werden", sagt Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr.

Nur ein paar Gramm Kerosin - wie viel genau wollen sie nicht sagen - haben die "Solar Jet"-Forscher bislang hergestellt. Wichtig ist ihnen freilich nicht die Menge, sondern die Botschaft: Das Verfahren funktioniert, jetzt muss es optimiert werden. "Flugzeuge, aber auch Autos und Schiffe könnten direkt mit diesen Kraftstoffen betrieben werden", sagt Christoph Falter. "Das ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil gegenüber einer Umstellung auf Wasserstoff oder elektrisch betriebene Systeme."

Der hergestellte Kraftstoff ist ein "Drop-in"-Kraftstoff. Das heißt, er kann direkt in aktuellen Flugzeugtriebwerken verwendet werden. Jedenfalls im Prinzip. Denn einen Testflug wird es wohl bestenfalls in einigen Jahren geben können. Wenn die Forscher genügend Sonnensprit hergestellt haben. Das ist - neben dem Wasserverbrauch einer großen Anlage - der größte Haken des Verfahrens. Christoph Falter macht folgende Rechnung auf: Langfristig wolle man den Wirkungsgrad des Verfahrens so verbessern, dass eine Solarturm-Anlage von etwa einem Kilometer Durchmesser pro Tag 20.000 Liter des neuen Treibstoffs herstellen könnte.

Das klingt aber bestenfalls beim ersten Hinhören beeindruckend - die Tanks eines einzigen Airbus A380 fassen mehr als 300.000 Liter Kerosin.

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insgesamt 60 Beiträge
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1. Das wird schon funktionieren
Direwolf 22.05.2014
Im Prinzip das Gleiche wie die PTG Tenologie nur halt mit einem Umwandlungsschritt mehr. Hat aber natürlich das gleiche Problem wie PTG, den erbärmlichen energetischen Wirkungsgrad. Aber in dem Moment wo das keine Rolle mehr spielt ist es ein solider Weg, den Luftverkehr mit Energie zu versorgen
2. Leider mehrere Haken an der Sache
zitrone73 22.05.2014
Klingt verlockend, auch erst mal Respekt und Lob für Forschung auf diesem Gebiet. Aber es gibt ein paar Probleme: 1.) Woher soll das viele (konzentrierte) CO2 in der Praxis kommen, wenn die fossilen Brennstoffe aufgebraucht sind? 2.) Das Problem der Wolken, die die Wärme zur Erde zurückwerfen, bleibt unverändert bestehen. 3.) Wo sollen die hunderte, je 1 Quadratkilometer großen Solartürme stehen? In der Wüste? Desertec funktioniert ja heute schon nicht. Bleibt als Alternative halt doch nur die Reglementierung des Flugverkehrs. Vielleicht würde mit dem konventionellen Treibstoff sparsamer umgegangen, wenn er mal besteuert werden würde?
3. Viel zu teuer !
Ishibashi 22.05.2014
Um genügend Hitze zu produzieren muß die Anlage in der Wüste stehen. Dort gibt es wiederum weder Wasser noch CO2. Da wäre es sicherlich billiger in der Wüste nur Strom zu produzieren und in einer Hafenstadt Wasser mittels Elektrolyse in Wasserstoff zu zerlegen. hat man erst mal Wasserstoff, ist der Rest ein Kinderspiel. Aber erst mal müssen für alle Szenarien die Energiekosten gewaltig steigen. Kein Mensch wird für ein Flugticket wesentlich mehr bezahlen nur weil es mit ökologischem Kerosin fliegt. Die übliche Reaktion ist: Das sollen erst mal andere machen. Leider fehlt den meisten Forschern an Universitäten der Anreiz sinnvolle Forschung zu betreiben. Der übliche Publikationsdruck führt leider nur zu leicht erreichbaren Zielen die schnell ein paar Artikel liefern.
4. Nette Forschung,
hansulrich47 22.05.2014
sehr brauchbar als Teil einer Dissertation. Praktischer Nutzen: Wohl eher nicht vorhanden. Den Wirkungsgrad zu steigern wird nicht viel helfen, denn aus jeder Biomasse kann man heute schon Synthesegas machen. Die Fischer-Tropsch-Synthese ist auch nicht sehr effizient, alle Versuche sie auf eine breitere Basis zu stellen sind misslungen. Sie "lohnt" sich nur in Ländern mit gigantischen Überschüssen an Gas oder Kohle oder für Länder, die unter einem Ölboykott stehen. (So war das in Südafrika zu Apartheid-Zeiten.) Folglich: Nette Arbeit, ohne Wirkung.
5. Und wenn schon ...
quark@mailinator.com 22.05.2014
Also mal abgesehen von vielen anderen Problemen mit diesem Ansatz ... nehmen wir an, es klappt ... Dann bleibt natürlich immer noch das Problem, daß man CO2 in Bodennähe entnimmt und in 10km Höhe wieder herstellt, wenn der so gewonnene Treibstoff verbrannt wird. Und erst in großer Höhe wird CO2 wirklich zum Problem ... Aber in Bodennähe ist das Problem eher ein anderes ... es gibt zu wenig CO2 ;-) ... Um da relevante Mengen Treibstoff herstellen zu können, müßte man Unmengen Luft durchblasen ... vorher natürlich filtern, etc. ... Ob man da nicht besser kommt, wenn man einfach Pflanzen anbaut ? Die können diese Umwandlung von alleine ...
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