Onderzoekers van ETH Zürich hebben een nieuwe technologie ontwikkeld die vloeibare koolwaterstofbrandstoffen uitsluitend uit zonlicht en lucht produceert. Voor het eerst wereldwijd demonstreren ze de volledige thermochemische procesketen onder reële veldomstandigheden. De nieuwe miniraffinaderij op zonne-energie bevindt zich op het dak van het machinelaboratoriumgebouw van ETH in Zürich.

Koolstofneutrale brandstoffen zijn cruciaal voor de verduurzaming van de luchtvaart en het zeevervoer. ETH-onderzoekers hebben een zonne-installatie ontwikkeld om synthetische vloeibare brandstoffen te produceren die evenveel CO . afgeven ₂ tijdens hun verbranding zoals voorheen aan de lucht onttrokken voor hun productie. CO ₂ en water worden direct uit de omgevingslucht gehaald en gesplitst met behulp van zonne-energie. Dit proces levert syngas op, een mengsel van waterstof en koolmonoxide, die vervolgens wordt verwerkt tot kerosine, methanol of andere koolwaterstoffen. Deze drop-in brandstoffen zijn klaar voor gebruik in de bestaande wereldwijde transportinfrastructuur.

Aldo Steinfeld, Hoogleraar hernieuwbare energiedragers aan de ETH Zürich, en zijn onderzoeksgroep ontwikkelde de technologie. "Deze fabriek bewijst dat koolstofneutrale koolwaterstofbrandstoffen kunnen worden gemaakt uit zonlicht en lucht onder echte veldomstandigheden. " legde hij uit. "Het thermochemische proces gebruikt het hele zonnespectrum en verloopt bij hoge temperaturen, waardoor snelle reacties en hoge efficiëntie mogelijk zijn." De onderzoeksfabriek in het hart van Zürich bevordert het onderzoek van ETH naar duurzame brandstoffen.

Een kleine demonstratie-unit met groot potentieel

De zonne-miniraffinaderij op het dak van ETH Zürich bewijst dat de technologie haalbaar is, zelfs onder de klimaatomstandigheden die heersen in Zürich. Het produceert ongeveer een deciliter brandstof per dag. Steinfeld en zijn groep werken al aan een grootschalige test van hun zonnereactor in een zonnetoren bij Madrid, die wordt uitgevoerd in het kader van het EU-project sun-to-liquid. De zonnetorenfabriek wordt vandaag op hetzelfde moment als de miniraffinaderij in Zürich aan het publiek gepresenteerd in Madrid.

Het volgende projectdoel is om de technologie voor industriële implementatie op te schalen en economisch concurrerend te maken. "Een zonnecentrale met een oppervlakte van één vierkante kilometer zou 20, 000 liter kerosine per dag, " zei Philipp Furler, Directeur (CTO) van Synhelion en voormalig promovendus in de groep van Steinfeld. "Theoretisch, een fabriek ter grootte van Zwitserland - of een derde van de Californische Mojave-woestijn - zou in de kerosinebehoeften van de hele luchtvaartindustrie kunnen voorzien. Ons doel voor de toekomst is om met onze technologie efficiënt duurzame brandstoffen te produceren en daarmee de wereldwijde CO .-uitstoot te verminderen ₂ uitstoot."

Hoe de nieuwe miniraffinaderij op zonne-energie werkt

De procesketen van het nieuwe systeem combineert drie thermochemische conversieprocessen:de extractie van CO ₂ en water uit de lucht. Ten tweede, de zonne-thermochemische splitsing van CO ₂ en water. Ten derde, hun daaropvolgende vloeibaarmaking tot koolwaterstoffen. CO ₂ en water worden via een adsorptie/desorptieproces direct aan de omgevingslucht onttrokken. Beide worden vervolgens in het brandpunt van een parabolische reflector in de zonnereactor gevoerd. Zonnestraling wordt geconcentreerd met een factor 3, 000, proceswarmte genereren met een temperatuur van 1, 500 graden Celsius in de zonnereactor. Het hart van de zonnereactor is een keramische structuur gemaakt van ceriumoxide, die een tweestapsreactie mogelijk maakt - de redoxcyclus - om water en CO . te splitsen ₂ in syngas. Dit mengsel van waterstof en koolmonoxide kan vervolgens worden verwerkt tot vloeibare koolwaterstofbrandstoffen door middel van conventionele methanol- of Fischer-Tropsch-synthese.