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Benzin aus Wasser, Sonnenlicht und CO2

Der Solargenerator der ETH Zürich

Von Thomas Wagner

Der Solargenerator der ETH Zürich stellt synthetisch Benzin her.
Der Solargenerator der ETH Zürich stellt synthetisch Benzin her. (ETH Zürich)

Forscher der Eidgenössisch-Technischen Hochschule Zürich haben mit ihren Kollegen vom California Institute of Technology in Pasadena ein Verfahren entwickelt, mit dem man im Prinzip aus Sonnenlicht und Wasserdampf Benzin gewinnen kann.

Für Philipp Furler ist das Hochfahren des Solargenerators in den Laborräumen der ETH Zürich jedes Mal ein spannender Augenblick: Auf der einen Seite sieben grell leuchtende Scheinwerfer, die sofort eine beachtliche Hitze im Raum erzeugen. Auf der anderen Seite, an einem Gestell befestigt, ein kleiner Metallzylinder mit einer Glasblende an einer Seite, die direkt von den Scheinwerfern angestrahlt wird.

"Somit erreichen wir da drin Temperaturen von etwa 1500 Grad Celsius."

Diese hohen Temperaturen sind notwendig, um einen chemischen Prozess der besonderen Art in Gang zu setzen. Dabei geht es um die Frage: Lässt sich mithilfe starker Sonneneinstrahlung, die in diesem Fall von den Scheinwerfern simuliert wird, simples Wasser und das reichlich in der Atmosphäre vorkommende Kohlendioxid in eine Substanz verwandeln, die weltweit dringend benötigt wird – nämlich in Benzin und Diesel? Die Forscher am Institut für Energie-Technologien der ETH Zürich beantworten diese Frage mit "ja" – und wollen damit weltweit die Energiewirtschaft revolutionieren.

"Wir haben gezeigt, dass wir künstlich Treibstoffe herstellen können, also gezeigt, dass das nicht endlich ist. Also die fossilen Energieträger, Erdöl zum Beispiel, sind natürlich endlich. Aber wir können das gleiche Produkt synthetisch herstellen."

Und das funktioniert in dem neu errichteten Solargenerator. Genauer gesagt: In jenem zylinderartigen Behälter, der von den Scheinwerfern angestrahlt und damit aufgeheizt wird. In diesem Zylinder befindet sich ein Stoff, der weltweit häufig vorkommt, dem man aber bislang kaum Beachtung geschenkt hat: Ceriumoxid. Dieses Ceriumoxid hat eine wichtige Eigenschaft, erläutert Maschinenbauingenieur Philipp Furler vom Züricher Forscherteam:

"Also das Ceriumoxid variiert den Sauerstoffanteil in der Struktur temperaturabhängig. Also wenn man das stark erhitzt, wird Sauerstoff frei. Wenn man es danach wieder abkühlt, dann will man es den vorher abgegebenen Sauerstoff wieder in der Struktur aufnahmen."

Genau diese Eigenschaft machen sich die Züricher Experten zunutze: In einer ersten Phase wird das Ceriumoxid durch die Scheinwerfer aufgeheizt. Folge: Es gibt den gebundenen Sauerstoff ab. In der zweiten Phase wird die Lichteinstrahlung reduziert und die Temperatur auf 800 Grad abgesenkt. Nun möchte das Ceriumoxid wieder Sauerstoff an sich binden – und wird durch die Versuchsanordnung der ETH Zürich regelrecht "überlistet":

"Genau dann spritzen wir von der Seite CO2 und Wasserdampf ein. Nun bricht das Ceriumoxid diese Moleküle, also CO2-Moleküle und Wassermoleküle auf und nimmt den Sauerstoff in die Struktur auf. Dabei bleibt Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Gas in der Kammer übrig, das wir dann abziehen können. Das ist das sogenannte Synthesegas."

Eine Art "Ur-Benzin-Suppe", aus der sich durch weitere Raffinerie-Schritte wahlweise Diesel, Benzin oder Kerosin gewinnen lässt. Letztlich entsteht das Endprodukt aus "Zutaten", die in Hülle und Fülle vorhanden sind: Sonnenlicht, Wasser, CO2, also Abgas. Davon gibt es ohnehin viel zu viel in der Atmosphäre.

"Das Co2, das wir zur Produktion des Treibstoffes verwenden, entspricht exakt der Menge Kohlendioxid, die dann wieder vom Auto ausgestoßen wird. Also faktisch kommt nicht mehr Co2 in die Luft, als vorher schon vorhanden war."

Die chemischen Prozesse, die hinter dieser künstlichen Herstellung von Benzin und Diesel stehen, sind bereits seit Jahren bekannt. Allerdings gelang es in Zürich zum ersten Mal, beide Reaktionen hintereinander so in einer Versuchsanlage auszuführen, dass am Ende tatsächlich das gewünschte Endprodukt herauskam. Bis allerdings ein alltagstauglicher Solarreaktor Züricher Bauart mithilfe von Sonnenlicht Wasser und CO2 in Treibstoff verwandelt, dauert es noch eine Weile, glaubt Philipp Furler:

"Also wir stellen uns vor, dass wir in fünf bis zehn Jahren soweit sind, dass wir einen optimierten, vergrößerten Reaktor irgendwo im Süden, zum Beispiel in Südspanien, in einem Turmkraftwerk in Betrieb nehmen können. Also wir haben einmal gerechnet, dass bei einer Strahlungs-Eingangsleistung von 100 Megawatt könnten wir etwa 16.000 Liter Benzin am Tag produzieren."

Damit ginge ein alter Traum der Energiemanager in Erfüllung: Nämlich Solarenergie dort zu speichern, wo sie besonders stark ist – beispielsweise in Wüstenregionen in Äquatornähe, sie dann und dorthin zu bringen, wo sie benötigt wird, beispielsweise ins nicht so sonnendurchflutete Europa.

Wenn die Forschungsarbeiten erfolgreich voran gehen, lässt sich nach Ansicht von Philipp Furler jetzt schon absehen, wann die Autofahrer regulär an den Tankstellen Benzin zapfen können, das nach dem Züricher Verfahren entstanden ist:

"Ich würde sagen, in 15, 20 Jahren ist dann damit zu rechnen, dass man unser Benzin kaufen kann und tanken kann und mit dem Auto fahren kann."

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