Das von der EU und der Schweiz finanzierte europäische Forschungsprojekt SUN-to-LIQUID II wurde am 1. November 2023 gestartet. Führende europäische Partnerinstitutionen aus Wissenschaft und Industrie werden demonstrieren, dass die Produktion von nachhaltigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen aus Wasser, CO2 und konzentriertem Sonnenlicht durch Hochtemperatur-Chemie-Umwandlung skalierbar und hocheffizient ist.
Darum geht es bei SUN-to-LIQUID II
Die Europäische Kommission (EK) hat sich zum Ziel gesetzt, die Netto-Treibhausgasemissionen auf dem Weg zur Klimaneutralität bis Mitte des Jahrhunderts zu eliminieren. Der Verkehrssektor wird eine wichtige Rolle beim Übergang zu einer Gesellschaft spielen, die zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien lebt. Zwei zentrale Herausforderungen auf dem Weg zur Erreichung dieses Ziels betreffen eine größere Rohstoffbasis für die Erzeugung erneuerbarer Kraftstoffe und die langfristige Entwicklung nachhaltiger Kraftstofftechnologien für die Luftfahrt.
Während die Elektrifizierung und wahrscheinlich auch Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung des Verkehrs spielen werden, wird es weiterhin einen Bedarf an energiereichen flüssigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen geben, insbesondere für den Luft- und Schiffsverkehr. Die Biokraftstoffe der ersten Generation können aufgrund von Verfügbarkeits- und Nachhaltigkeitseinschränkungen nicht die erforderlichen Mengen liefern. Daher werden skalierbare Technologien benötigt, um den längerfristigen Kraftstoffbedarf zu decken. Die Sonneneinstrahlung ist die am besten skalierbare Form der erneuerbaren Energie.
- SUN-to-LIQUID II wird eine Reihe vielseitiger Technologien für die solare Kraftstofferzeugung aus Wasser und CO2 entwickeln:
- ein verbessertes Hochfluss-Solarkonzentrations-System für Anwendungen mit Hochtemperatur-Prozesswärme;
- effiziente „solarthermochemische” Brennstoffproduktion, d.h. sonnenlichtgetriebene chemische Hochtemperatur-Umwandlungsprozesse, unter Verwendung neuartiger 3D-gedruckter Materialien im Solarreaktor für die Reduktions-Oxidationsprozesse;
- Wärmeaustausch- und Rückgewinnungs-Konzepte zur weiteren Verbesserung der Effizienz von Hochtemperatur-Umwandlungsprozessen.
Das Endergebnis wird neben dem technologischen Fortschritt ein Fahrplan für einen robusten und nachhaltigen Umwandlungspfad sein, um aus dem unerschöpflichen Potenzial der Solarenergie hochwertige erneuerbare Flüssigkraftstoffe zu erzeugen.
Die Partnerschaft
Das Konsortium SUN-to-LIQUID II besteht aus sechs Partnern aus fünf europäischen Ländern (Spanien, Deutschland, Schweiz, Niederlande und Frankreich) und wird vom Bauhaus Luftfahrt koordiniert. Diese einzigartige Partnerschaft zwischen Forschungsinstituten und der Industrie zielt darauf ab, die Lücke zwischen Forschung und industriellen Anwendungen in der sonnenlichtgetriebenen Hochtemperaturchemie zu schließen. Mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Fundacion IMDEA Energía International arbeiten führende Forschungsinstitute auf dem Gebiet der solaren Thermochemie an der Verbesserung des Solarkonzentrators und des Betriebs der Anlage im IMDEA-Technologiepark in Móstoles, Spanien. Darüber hinaus testet und implementiert IMDEA neuartige 3D-gedruckte strukturierte Redoxmaterialien und das DLR entwickelt den Solarreaktor mit integrierter Wärmerückgewinnung.
Der Industriepartner HyGear steuert die Umwandlung des solaren Synthesegases in flüssige Kraftstoffe bei. Synhelion, ETH-Spin-off und Branchenführer für Hochtemperatur-Solarchemie, liefert das Know-how für die Skalierung des Prototyps und führt die Verwertungsanalyse durch. Das Bauhaus Luftfahrt führt gemeinsam mit den Konsortialpartnern techno-ökonomische, ökologische und sozio-ökonomische Analysen durch. Unterstützt wird das Bauhaus Luftfahrt bei der Projektkoordinierung sowie bei der Kommunikation und den Verwertungsaktivitäten von L-up, einem französischen KMU-Beratungsunternehmen mit umfangreicher Erfahrung mit EU-Projekten.
Zentrale Innovationen
SUN-to-LIQUID II zapft eine praktisch unbegrenzte Ressource für die nachhaltige Kraftstofferzeugung an, indem es die Technologie und den Fahrplan für die Herstellung hochwertiger erneuerbarer Flüssigkraftstoffe direkt aus Wasser, CO2 und konzentrierter Sonnenenergie entwickelt. Das Hauptziel von SUN-to-LIQUID II besteht darin, die Energieeffizienz des Solarreaktors auf über 15 Prozent zu erhöhen, indem die effektive Strahlungsabsorption durch 3D-gedruckte Redoxmaterialien mit optimierter Struktur verbessert und die Verluste an fühlbarer Wärme während des Temperaturwechsel-Redox-Prozesses verringert werden.
Es wird wichtige Fortschritte aus der Forschung im Labormaßstab im Bereich der Redoxmaterialien und der Wärmerückgewinnung zur Validierung in einer industriell relevanten Umgebung bringen. Außerdem wird dieses Projekt den Nachweis für eine kosteneffiziente Reduzierung von Treibhausgasen von mehr als 80 Prozent insbesondere für die Luftfahrt erbringen, mit technischer Skalierbarkeit und Produktionspotentialen, die über den prognostizierten Bedarf hinausgehen. Das Projekt baut auf dem vorangegangenen H2020-Projekt SUN-to-LIQUID auf, in dem die solarthermochemische Kraftstoffproduktion im 50-kW-Maßstab unter Sonneneinstrahlung erfolgreich demonstriert wurde.
