Auf den ersten Blick könnte man meinen, das versteckt in einem Vorort von Madrid gelegene Bauwerk sei ein Solarkraftwerk. Die Anlage befindet sich in einem Industriepark und verfügt über eine Vielzahl von Solarreflektoren – Spiegel, die das blendende Sonnenlicht auf die Spitze eines Turms konzentrieren.
Aber diese Anlage dient nicht der Stromerzeugung. Es dient zur Erzeugung von Düsentreibstoff.
In den letzten Jahren haben Forscher verschiedener Institutionen in der Schweiz und in Deutschland damit eine Methode zur Herstellung von Treibmitteln getestet – normalerweise ein kohlenstoffintensiver Prozess mit fossilen Brennstoffen –, der kaum mehr als Sonnenlicht und aus der Atmosphäre eingefangene Treibhausgase verwendet. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in das Tagebuch Joule heute.
Was in ihrem Turm passiert, ist ein bisschen Chemie, bekannt als Fischer-Tropsch-Prozess. Unter bestimmten Bedingungen können Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid (ja, das gleiche giftige Gas aus Fahrzeugabgasen) reagieren. Sie ordnen ihre Atome in Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe um. Zu diesen Kohlenstoffverbindungen gehören Diesel, Kerosin und andere Kraftstoffe, die Sie sonst durch schmutzige Hände und Raffination von Erdöl herstellen könnten.
Obwohl der Turm neu ist, ist der zugrunde liegende Prozess keine neue Erfindung; zwei Chemiker – die natürlich Fischer und Tropsch hießen – leisteten vor fast einem Jahrhundert Pionierarbeit in Deutschland. Aber es war historisch gesehen so etwas wie ein nachträglicher Einfall. Sie benötigen eine Quelle für dieses Kohlenmonoxid: typischerweise Kohle, Erdgas oder deren Nebenprodukte. Es ist nützlich, wenn Sie nur begrenzten Zugang zu Erdöl haben, aber weniger hilfreich, wenn Sie versuchen, den Transportsektor zu bereinigen.
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Jetzt, da die sich verschärfende Klimakrise das Interesse an saubereren Kraftstoffen weckt, wächst die Nachfrage nach alternativen Kohlenstoffquellen. Biologische Abfälle sind beliebt. Diese Anlage verfolgt einen anderen Ansatz: Sie bindet Kohlendioxid aus der Atmosphäre.
Dort strahlen 169 Solarreflektoren Sonnenlicht ins Bild. Auf der 50 Fuß hohen Struktur trifft ihr Licht – im Durchschnitt 2.500 Mal heller als die Sonne – auf eine poröse Keramikbox aus Cer, dem Seltenerdelement Nummer 58. Das entzieht der Luft Wasser und Kohlendioxid und spaltet sich auf ihre Atome in Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid.
„Wir entwickeln Wissenschaft und Technologie seit mehr als einem Jahrzehnt“, sagt er Aldo Steinfeld, Ingenieur an der ETH Zürich in der Schweiz und einer der Autoren des Papers. Steinfeld und seine Kollegen hatten die Box-Methode 2010 erstmals im Labor demonstriert. Bis 2017 hatten sie mit dem Bau der Anlage begonnen.
In diesem Plan sinken die neu entstandenen Gase auf den Boden des Turms, wo sie in einen Schiffscontainer gelangen, der die Fischer-Tropsch-Reaktionen durchführt. Das Endergebnis ist von fossilen Brennstoffen freies Kerosin, das durch das Entziehen von Kohlendioxid aus der Luft hergestellt wird. Die Forscher sagen, dass es heute ohne Probleme in Kraftstofftanks gepumpt werden kann.
Vor der globalen Pandemie entfiel die Luftfahrt weniger als 3 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen. Landfahrzeuge hingegen spuckten aus mehr als das Sechsfache. Aber während wir bereits damit begonnen haben, den Straßenverkehr weltweit zu ersetzen elektrische AutosEs gibt einfach noch keine brauchbare Alternative für Flugzeuge.
Die Luftfahrtindustrie – und die Regierungen – versuchen daher, sich auf alternative Quellen wie Biokraftstoffe zu konzentrieren. Obwohl der genaue Zeitplan noch in der Luft liegt, könnten die europäischen Regulierungsbehörden verlangen, dass nichtfossile Brennstoffquellen so viel wie möglich bereitstellen 85 Prozent des Kraftstoffs, der an Flughäfen der Europäischen Union gepumpt wird bis 2050.
In diesem Umfeld hat das Fischer-Tropsch-Verfahren Einzug gehalten. vergangenes Jahr, Eine deutsche gemeinnützige Organisation namens Atmosfair eröffnete eine Anlage nahe der holländischen Grenze, die synthetisches Kerosin herstellt. Es ist auf ein komplexes Zusammenspiel von Solarstrom und Abfallbiogas angewiesen, um seine chemischen Bestandteile zu erhalten. Seit der Eröffnung der Atmosfair-Anlage wurden täglich acht Barrel Kerosin produziert: kaum ein Tropfen auf den 2,3-Milliarden-Gallonen-Eimer, den die Welt im Jahr 2019 verbrauchte.
Der solare Kerosinplanet in Spanien tritt in seine Fußstapfen, obwohl Steinfeld sagt, dass die Sonne die Gewinnung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid viel einfacher macht. Dennoch ist es, genau wie Atmosfairs Plan, nur ein früher Rückgang. „Die Anlage ist im Vergleich zu einer im kommerziellen Maßstab relativ klein“, sagt Steinfeld. Aber er und seine Kollegen glauben, dass es sich um eine wichtige Demonstration handelt.
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Um den gesamten Luftfahrtsektor zu bedienen, müssten Solarkerosinanlagen laut Steinfeld eine Fläche von rund 17.500 Quadratmeilen bedecken, was ungefähr der Größe Estlands entspricht. Das klingt groß, aber Steinfeld sieht es anders: Ein relativ kleines Stück einer dünn besiedelten heißen Wüste könnte alle Flugzeuge der Welt versorgen.
(Es gibt einen Präzedenzfall für so etwas: Sonniges Marokko hat sich bereits zu einem Zentrum für Solarenergie entwickeltund Das Land plant einen Teil dieser Energie in das relativ wolkigere Großbritannien zu exportieren.)
Fürs Erste sagt Steinfeld, dass die nächsten Schritte darin bestehen, den Prozess effizienter zu gestalten. Derzeit werden magere 4,1 Prozent der Sonnenenergie, die auf die Keramikbox trifft, tatsächlich für die Gaserzeugung verwendet. Die Forscher glauben, dass sie diese Zahl erheblich steigern könnten.