Durchbruch: Benzin aus Wasser, CO2 und Sonnenlicht

publiziert: Mittwoch, 5. Jan 2011 / 08:26 Uhr
Für das Experiment benötigten die Wissenschaftler konzentrierte Sonnenstrahlung. (Symbol)
Für das Experiment benötigten die Wissenschaftler konzentrierte Sonnenstrahlung. (Symbol)

Einem Forschungsteam um Aldo Steinfeld, Professor an der ETH Zürich und Laborleiter am Paul Scherrer Institut, ist es gelungen, mit Solarenergie aus Wasser und Kohlendioxid Treibstoff zu erzeugen. Dazu haben die Wissenschaftler einen Solar-Reaktor entwickelt, in dem konzentrierte Sonnenstrahlung das dafür nötige stabile und schnelle thermochemische Verfahren antreibt.

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Sonnenenergie ist sauber und steht unbegrenzt zur Verfügung; sie ist aber nicht dauernd verfügbar sowie ungleichmässig über die Erdoberflache verteilt. Weltweit stellen sich Wissenschaftler deshalb die Frage: Wie kann man Sonnenenergie speichern, um diese von den sonnigsten Flecken der Erde in die industrialisierten Zentren zu transportieren, wo die meiste Energie benötigt wird? Diese Frage motiviert Forscher nach Rezepten zu suchen, wie Sonnenlicht in chemische Energieträger umgewandelt werden kann, und zwar in Form von flüssigen Treibstoffen, die über lange Zeit gespeichert und über weite Distanzen transportiert werden können - Treibstoffe notabene, die nicht nur Autos, Schiffe und Flugzeuge antreiben, sondern die gesamte nach Öl lechzende Weltwirtschaft nachhaltig versorgen können.

Neuartiger Solar-Reaktor gebaut

Einem Forschungsteam um Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich und Leiter des Labors für Solartechnik am Paul Scherrer Institut (PSI), ist es nun gelungen, ein solches Rezept inklusive «Kochtopf» - sprich Solar-Reaktor - zu entwickeln. Mit einem radikal neuen Prozess wird Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt in ein Gemisch von Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). Diese Kombination wird als Syngas bezeichnet und stellt eine Vorstufe von Benzin, Kerosin und anderen flüssigen Treibstoffen dar. Gemeinsam mit Kollegen des California Institute of Technology (Caltech) stellen die ETH- und PSI-Forscher den neuen Solar-Reaktor sowie die experimentellen Resultate in der Fachzeitschrift Science vor.

Die zugrundeliegende Idee besteht darin, Wasser und CO2 in einem zweistufigen Verfahren mit Hilfe von Sonnenenergie aufzuspalten. In einem ersten Schritt lenken die Wissenschaftler konzentriertes Sonnenlicht durch eine mit einem Quarzglas abgedichtete Blendenöffnung in den Solar-Reaktor. In dessen Hohlraum befindet sich ein Zylinder aus Ceriumoxid, der bei einer Temperatur von 1500°C reduziert wird. Dabei gibt das Material Sauerstoffatome aus der Struktur ab. Im zweiten, Schritt lässt man das reduzierte Ceriumoxid bei etwa 900°C mit Wasserdampf und CO2 reagieren; dabei werden die Wasser- und CO2-Moleküle aufgebrochen. Die dabei freiwerdenden Sauerstoffatome werden in die Materialstruktur integriert, sodass das Ceriumoxid wieder in der Ausgangsform vorliegt und der Kreisprozess erneut gestartet werden kann. Übrig bleibt reines Syngas aus H2 und CO.

Mit der Kraft von 1500 Sonnen

Die Wissenschaftler testeten ihren Reaktor-Prototyp am Hochfluss-Solarsimulator des PSI. Dabei verwendeten sie eine Strahlungsintensität, die der Kraft von 1500 Sonnen entspricht. Der Umwandlungwirkungsgrad von Sonnenenergie in Treibstoff betrug dabei 0,8 Prozent. Dieser Wert ergibt sich aus dem Brennwert des produzierten Syngas, geteilt durch den Input an Strahlungsenergie. «Diese Wirkungsgrade sind um zwei Grössenordnungen höher als diejenigen, die man mit herkömmlichen photokatalytischen Methoden zur CO2-Spaltung erzielt hat», erklärt Aldo Steinfeld und betont: «Die Resultate, die wir in Science veröffentlichen, belegen die Machbarkeit von solarbetriebenen thermochemischen Verfahren zur Herstellung von Treibstoff aus Kohlendioxid und Wasser.»

Zurzeit sind Steinfeld und seine Gruppe daran, den Solar-Reaktor so zu optimieren, dass er auch in grossem Massstab - im Megawatt-Bereich - in Solarturm-Anlagen eingesetzt werden kann. Solche Anlagen sind bereits kommerziell zur Stromerzeugung im Einsatz. Steinfeld glaubt, dass noch grosse Anstrengungen nötig sind, bevor seine Solarreaktortechnologie in der Praxis eingesetzt wird. «2020 sollten wir aber soweit sein, dass die erste industrielle Solartreibstoff-Anlage in Betrieb gehen und einen zentralen Beitrag zur nachhaltigen Energieerzeugung der Zukunft leisten kann».

(sl/sda)

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ist die sicherste und beste Energieproduzentin solange nichts passiert. Und genau da liegt das Problem.

Was mich persönlich viel mehr sorgt, ist dass offenbar kein Schweizer bereit ist ein Endlager in seiner Nähe zu haben, aber ein AKW dass schön artig Strom erzeugt das ist ok.
Da muss das Volk noch einiges dazulernen. Man kann nicht den wohl gefährlichsten Abfall der Welt produzieren und ihn dann nicht selber entsorgen/endlagern wollen.
wirklich?
Es ist noch gar nicht so lange her, da kam aus, dass auch Uran aus zweifelhafter Quelle in unseren AKWs im Einsatz ist.

Auch die besser geführten Uranminen sind indes mit Problemen behaftet.
Da machen auch die Minen in Kanada leider keine Ausnahme.

Es bleibt auch noch die Endlagerproblematik. Mag sein, dass wir für die nächsten paar Generationen eine sichere Lagerung gewährleisten können. Dumm nur, dass diese Sicherheit nicht für ein paar hundert sondern für ein paar hundertausend Jahre zu gewährleisten wäre.
Nein. Nicht entgangen
hubabuba. Nur traue ich unseren AKW Betreibern zu, dass sie selektiv die richtigen Anbieter auswählen.
Tunnelblick zum 2.
Die Kanadier machen das sicher so gut es geht, das traue ich denen ohne weiteres zu.

Ihnen muss jedoch entgangen sein, dass Uran manchenorts für katastrophale Umweltschäden verantwortlich ist.
Schädlicher Abbau
Zitat hubabuba
"und der Abbau nirgendwo mehr Schäden verursacht"

Die Kanadier sind eigentlich nicht bekannt als grosse Umweltsünder.
http://de.wikipedia.org/wiki/McArthur_River

Da müsste man sich mehr Gedanken um die chinesischen Produkte machen, die mit Kohlestrom produziert werden.
Herr Tunnelblick
Wie gesagt, der Betrieb kann so effizient und sicher sein wie er will.
Solange die Endlagerproblematik nicht gelöst ist und der Abbau nirgendwo mehr Schäden verursacht, nützt das alles nichts.
Sagen Sie
hubabuba

Die Fachleute sehen das anders

"Kernkraftwerke der IV. Generation sollen auch zur Wasserstoffherstellung (Schwefelsäure-Iod-Verfahren) und zur Produktion von XtL-Kraftstoffen (Kohleverflüssigung+Fischer-Tropsch-Synthese) Prozesswärme liefern"

Sehen Sie sich bitte auch den jeweiligen Wirkungsgrad an. Das hat doch was. Oder?
http://de.wikipedia.org/wiki/Generation_IV_International_Forum

WIr reden von Grosslieferanten an Strom und Wasserstoff.
AKW UBS
Genau wie bei der UBS geht man bei AKW's in der Schweiz davon aus das nie irgendwas passieren kann.
Bin ja mal auf die "Staatsrettung" gespannt wenn mal ein schlimmer Reaktorunfall passieren sollte, aber halt, das wird ja nie passieren.

Und wenn es um die Endlagerung geht (die: Achtung Lachanfallgefahr! Laut Weltwoche GELÖST sei), muss man nur mal den Fall Kölliken anschauen.
Wasserstoff aus Atomstrom
dafür wollen Sie also Werbung machen. Na grossartig.

Sicher, das Risiko modernen Anlagen ist nicht mit Tschernobyl zu vergleichen. Sollte aber dennoch ein GAU passieren, nützt dies wenig.

Das ist aber nur ein Ausschnitt des Problems mit der Atomkraft. Selbst wenn man für den Betrieb ein Null-Risiko annehmen könnte, wäre die Atomkraft wegen der anderen Probleme immer noch nicht nachhaltig. Da nützt es auch nichts, wenn die gleichen Kraftwerke auch noch Wasserstoff produzieren.
Seh ich weniger eng
Die größten Kosten und Unsicherheiten in der Planung entstehen durch die Verzögerungen durch Einsprachen. Auch die Versicherungen sind teuer.
Uranvorräte haben wir noch eine Weile.
Die heutige Generation AKW hat nichts mit dem halbmilitärischen Uraltreaktor von Tschernobyl zu tun. Und wie gesagt, liefert diese Generation neben Strom auch gleichzeitig Wasserstoff.
Eine Schande, dass wir uns diese Planungsicherheit nicht gönnen. Aber wieso einfach, wenn' s auch Kompliziert geht.

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