Der Treibstoff aus der Sonne

Mithilfe von Licht, Hitze und hohem Druck zeigen Forscher aus Texas, wie sich CO2 in Kohlenwasserstoff für Kraftstoffe umwandeln lässt. Das könnte die Basis für einen nachhaltigen Erzeugungsprozess sein.

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Von
  • Jennifer Lepies

Mithilfe von Licht, Hitze und hohem Druck zeigen Forscher aus Texas, wie sich CO2 in Kohlenwasserstoff für Kraftstoffe umwandeln lässt. Das könnte die Basis für einen nachhaltigen Erzeugungsprozess sein.

Es ist der lang gehegte Traum der Wissenschaft, aus dem überschüssigen CO2 aus der Atmosphäre etwas Nützliches zu erzeugen. Nun stellen US-Forscher ein einstufiges Verfahren vor, mit dem sie Kohlendioxid und Wasser direkt in flüssigen Kohlenwasserstoff umwandeln können – und einige dieser Kohlenwasserstoffe könnten direkt als Treibstoff genutzt werden. Alles, was sie dazu laut ihres Fachartikels in Proceedings of the National Academy of Sciences benötigen, ist gebündeltes Licht, Hitze und hoher Druck. Dadurch habe man eine einfache und kostengünstige Technik gefunden, um nachhaltig Brennstoffe zu gewinnen, anstatt auf fossile Ressourcen wie Öl zurückzugreifen, sagt das Team der Chemiker und Ingenieure von der University of Texas in Arlington (UTA).

Es ließen sich Kohlenwasserstoff-Ketten mit bis zu 13 Kohlenstoffatomen synthetisieren, berichtet das Projekt-Team. Sie haben herausgefunden, dass 160 Grad Celsius nötig sind, um höherwertige Kohlenstoff-Produkte zu erhalten. "Im besten Ergebnis waren 13 Prozent der Menge der Ausgangsprodukte C5-Kohlenwasserstoffe (und höher) und einige davon, zum Beispiel Oktane, sind ein direkter Ersatz für die heute existierenden Treibstoffe auf Basis von Kohlenwasserstoffen", heißt es im Paper.

Für das Verfahren verwenden sie einen sogenannten Durchflussreaktor. Dieses röhrenförmige Gefäß arbeitet bei 180 bis 200 Grad Celsius und kann Druck von bis zu sechs Atmosphären aufbauen. In dem Versuchsaufbau gelangt das CO2 bei einer Fließrate von 40 Kubikzentimetern pro Minute (sccm) in den 2,5 Zentimeter langen Röhrenreaktor. Darin befindet sich der Heizstab, der die Reaktionstemperatur kontrolliert, als auch das Katalysatorbett. Der Katalysator ist ein weißes Pulver, das auf Titanoxid und 5 Prozent Kobalt basiert.

In einem Anschlussteil erhitzen die Forscher Wasser, das zuvor mit Stickstoff versetzt wurde (um den Sauerstoff aus dem Wasser zu entfernen) auf über 100 Grad Celsius. Der Wasserdampf kommt ebenfalls in den Reaktor, wo es sich mit dem einströmenden CO2 mischt. Vier UV-Leuchten sind um den Reaktor herum positioniert, sie haben zusammen 1000 Watt. Die Bestrahlung und Erhitzung des Katalysators löst die chemische Reaktion – der Spaltung des CO2 und des Wassers in Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff – aus. Den Prozess führten die Forscher unter verschiedenen Drücken für fünf bis acht Stunden lang durch.

"Als Nächstes wollen wir einen Photokatalysator entwickeln, der besser auf das Sonnenspektrum abgestimmt ist", sagt Frederick McDonnell vom Lehrstuhl für Chemie und Biochemie und Mitglied des Projekt-Teams. Damit bezieht er sich auf das Titanoxid-Pulver, das nicht auf das gesamte sichtbare Lichtspektrum reagiert. Durch den verbesserten Katalysator wollen die Forscher künftig Sonnenlicht mit Parabolspiegeln einfangen und auf das Katalysatorbett leiten. Dann wäre man dem letztlich dem Ziel näher, einen solar-erzeugten Flüssigbrennstoff herzustellen.

Auch wenn das Resultat durch Erhitzung und Bestrahlung ein klimaneutraler Brennstoff ist, so klingt das Verfahren bisher noch sehr aufwendig. Da sind andere Projekte, wie etwa das Verfahren des Startups Sunfire, schon weiter. Die Dresdener Firma setzt auf eine "Solid Oxide Electrolyzer Cell" (SOEC). Sie spaltet Wasserdampf bei hohen Temperaturen per Elektrolyse in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff. Der Rest ist chemische Routine: Aus H2 und CO2 entsteht Synthesegas (H2 und CO), und daraus lassen sich praktisch beliebige Kohlenwasserstoffe bauen. Sunfire erzielte für seinen synthetisch erzeugten Diesel bereits einen Wirkungsgrad von 90 Prozent.

Wie der Wirkungsgrad letztlich bei dem Projekt-Team aus Texas ausfallen wird, wird sich erst noch zeigen. Und auch die Forscher um Brian Dennis von der UTA wissen, dass ihr Verfahren noch weiterer Untersuchungen bedarf: "Die Effizienz unseres aktuellen Systems ist noch nicht reif für eine Kommerzialisierung, es weit entfernt davon als 'optimiert' zu gelten. Es eröffnet aber einen vielversprechenden neuen Weg, um solche solar-angetriebenen Prozesse zu verwirklichen."

(jle)