Fliegen mit Sonnenlicht | Lufthansa investiert in neue Flugkraftstoffe

Nachrichten Wirtschaft | Vertreter der Lufthansa Group und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) mit ihren Spin-offs Climeworks und Synhelion haben eine gemeinsame Absichtserklärung für eine mögliche Kooperation unterzeichnet. Diese soll zur Beschleunigung der Markteinführung nachhaltiger Flugkraftstoffe beitragen. Die Forschenden und Ingenieure an der ETH Zürich haben innovative Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, CO₂ aus der Atmosphäre zu entziehen und es gemeinsam mit Wasser und mit Hilfe von konzentriertem Sonnenlicht in ein Synthesegas zu überführen, das zur Kraftstofferzeugung genutzt werden kann. Ein solcher Kraftstoff setzt nur so viel CO₂ frei, wie zuvor aus der Atmosphäre entnommen wurde. Gemeinsames Ziel der Unterzeichner ist es, diese vielversprechenden Technologien für eine spätere Produktion auf industriellen Maßstab vorzubereiten.

Eine Investition in die Zukunft

Die von den Lufthansa Group Tochtergesellschaften SWISS und Edelweiss initiierte Partnerschaft soll unter anderem die Zusammenarbeit in den Bereichen Technologie und Wirtschaftlichkeit umfassen. Zudem besteht die Absicht, zu einem späteren Zeitpunkt Abnahmekontingente von nachhaltigen Treibstoffen zu vereinbaren, um künftige Demonstrationsprojekte der Partner zu unterstützen. Weitere Inhalte der Kooperation sollen bis Ende 2020 ausgearbeitet werden.

Synhelion entstand 2016 an der ETH Zürich und arbeitet daran, solare Kraftstoffe auf den Markt zu bringen. Das 2009 an der ETH Zürich gegründete Unternehmen Climeworks verfolgt die CO₂-Luftabscheidung, um den für die Kraftstoffsynthese benötigten Kohlenstoff nachhaltig bereitzustellen. Beide Unternehmen entwickeln somit Schlüsseltechnologien für die Erzeugung nachhaltiger Flugkraftstoffe.

Prof. Dr. Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich

„Im Gegensatz zu anderen Verkehrsträgern ist der Luftverkehr in der absehbaren Zukunft auf nachhaltige Flüssigkraftstoffe angewiesen. Deren Markteinführung erfordert eine gemeinsame Anstrengung von Kraftstoffherstellern und Fluggesellschaften. Dieser Letter of Intent markiert die Absicht einer solchen Kooperation zwischen der ETH Zürich, den ETH-Spin-offs Climeworks und Synhelion sowie den Lufthansa Group Airlines, um zusammen die damit verbundenen Herausforderungen zu adressieren. Dadurch soll die Energiewende in der Luftfahrt unterstützt werden.“

Christina Foerster, Vorstand Customer & Corporate Responsibility der Deutschen Lufthansa AG

„Mit der geplanten Kooperation unterstreichen wir einmal mehr die Bedeutung nachhaltiger Flugkraftstoffe für das Ziel einer Luftfahrt mit ausgeglichener CO₂-Bilanz. Die Lufthansa Group setzt sich seit Jahren mit Nachdruck dafür ein, das Fliegen immer nachhaltiger zu gestalten. Dank der zukunftsweisenden Technologien und den Kooperationen mit innovativen Partnern in bereits zwei unserer Heimatmärkte sind wir auf einem guten Weg,“

Weltweit erste Langzeiterprobung für Biokerosin

Die Lufthansa Group hat sich im letzten Jahrzehnt intensiv mit der Erforschung, Erprobung und Nutzung nachhaltiger alternativer Flugkraftstoffe befasst und 2011 mit der weltweit ersten Langzeiterprobung von Biokerosin im regulären Flugbetrieb Pionierarbeit geleistet. Später engagierte sich das Unternehmen in der Grundlagenforschung zum Mischungsverhalten alternativen und konventionellen Kerosins und setzte selektiv Kraftstoffe aus neuartigen Syntheseverfahren ein.

Über gezielte Kooperationen treibt die Lufthansa Group seither Schlüsseltechnologien zur Erzeugung nachhaltiger Flugkraftstoffe voran. Der Fokus liegt dabei auf nachhaltigen Kraftstoffen auf Basis von Reststoffen, holzartiger Biomasse und erneuerbarer elektrischer Energie (Power-to-Liquid). Diesbezüglich hatte die Deutsche Lufthansa AG 2019 eine Absichtserklärung mit der Raffinerie Heide unterzeichnet. Mit der vom Lufthansa Innovation Hub entwickelten Online-Plattform „Compensaid“ ermöglicht der Konzern seit August 2019 darüber hinaus Reisenden unabhängig von der Wahl der Fluggesellschaft, die CO₂-Emissionen eines Fluges durch nachhaltige Flugkraftstoffe zu kompensieren.

CO₂-neutraler Treibstoff aus Luft und Sonnenlicht

Forschende der ETH Zürich haben die Technologie entwickelt, die aus Sonnenlicht und Luft flüssige Treibstoffe herstellt. Zum ersten Mal weltweit demonstrieren sie die gesamte thermochemische Prozesskette unter realen Bedingungen. Die neue solare Mini-​Raffinerie steht auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH Zürich.

CO₂-​neutrale Treibstoffe sind für eine nachhaltigere Luft-​ und Schifffahrt von zentraler Bedeutung. ETH-​Forschende haben eine solare Anlage gebaut, mit der sich synthetische flüssige Treibstoffe herstellen lassen, die bei der Verbrennung nur so viel CO₂ freisetzen, wie zuvor der Luft entnommen wurde. CO₂ und Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und mit Solarenergie aufgespalten. Das Produkt ist Syngas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, welches anschliessend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. Diese können direkt in der bestehenden globalen Transportinfrastruktur verwendet werden.

„Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert“, erklärt Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, der die Technologie mit seiner Forschungsgruppe entwickelt hat, und betont die Besonderheit der Anlage: «Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Dies ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad.» Die Forschungsanlage steht mitten in Zürich und dient der ETH Zürich dazu, die Forschung an nachhaltigen Treibstoffen vor Ort voranzutreiben.

Kleine Demonstrationsanlage – grosses Potential

Die solare Mini-​Raffinerie auf dem Dach der ETH beweist die Umsetzbarkeit der Technologie – selbst unter den klimatischen Verhältnissen in Zürich – und produziert rund einen Deziliter Treibstoff pro Tag. Steinfeld und seine Gruppe sind bereits daran, den Solarreaktor im grossen Massstab im Rahmen des EU-​Projekts sun-​to-liquid in der Nähe von Madrid zu testen. Zeitgleich mit der Zürcher Mini-​Raffinerie wird die Madrider Solarturm-​Anlage heute der Öffentlichkeit präsentiert.

Das nächste Ziel ist, die Technologie auf industrielle Grösse zu skalieren und Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen. «Eine Solaranlage von einem Quadratkilometer Fläche könnte pro Tag 20‘000 Liter Kerosin produzieren. Theoretisch kann man mit einer Anlage auf der Fläche der Schweiz oder eines Drittels der Mojave-​Wüste in Kalifornien den Kerosin-​Bedarf der gesamten Luftfahrt decken. «Ziel ist, dass wir in Zukunft mit unserer Technologie effizient nachhaltige Treibstoffe produzieren und so zur Verringerung des weltweiten CO₂-​Ausstosses beitragen», sagt Philipp Furler, Direktor (CTO) von Synhelion und ehemaliger Doktorand in Steinfelds Gruppe.

So funktioniert die neue solare Mini-​Raffinerie

Die Prozesskette der neuen Anlage integriert drei thermochemische Umwandlungsprozesse: Erstens die Abscheidung von CO₂ und Wasser aus der Luft, zweitens die solar-​thermochemische Spaltung von CO₂ und Wasser und drittens die anschliessende Verflüssigung in Kohlenwasserstoffe. Durch einen Adsorption-​Desorption-Prozess werden CO₂ und Wasser direkt aus der Umgebungsluft entnommen. Beides wird dem Solarreaktor im Fokus eines Parabolspiegels zugeführt. Die Solarstrahlung wird durch den Parabolspiegel 3000-​mal konzertiert, im Innern des Reaktors eingefangen und in Prozesswärme mit einer Temperatur von 1500 Grad Celsius umgewandelt. Im Herzen des Reaktors befindet sich eine spezielle keramische Struktur aus Ceriumoxid. Dort werden in einer zweistufigen Reaktion – dem sogenannten Redox-​Zyklus  – Wasser und CO₂ gespalten und Syngas hergestellt. Die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid kann mittels konventioneller Methanol-​ oder Fischer-​Tropsch-Synthese in flüssige Treibstoffe weiterverarbeitet werden.