Grüner Treibstoff für Flugzeuge bis 2030

Der Synhelion-Prototyp, der letztes Jahr auf dem Dach der ETH Zürich installiert wurde. RSI-SWI

Ein Schweizer Startup entwickelt einen synthetischen Treibstoff für Flugzeuge, der einzig aus Wasser, CO2 und Sonnenlicht hergestellt wird. 

Die Markteinführung nachhaltiger Flugtreibstoffe beschleunigen. Das ist die Idee eines Projekts des Hightech-Unternehmens Synhelion SAExterner Link. Das Unternehmen wurde von Forschern der ETH Zürich gegründet. Mitte Mai unterzeichnete die Firma gemeinsam mit einem weiteren ETH-Spinoff namens ClimeworksExterner Link eine gemeinsame AbsichtserklärungExterner Link mit dem Lufthansa-Konzern.

Das Ziel ist nicht die Entwicklung neuer Flugzeuge mit Null-Emissionen, sondern die Entwicklung (innert des Jahres 2030) eines Treibstoffs für gängige Motoren von bereits im Einsatz befindlichen Flugzeugen. Bei der Verbrennung dieses neuartigen Treibstoffs wird genau die Menge CO2 freigesetzt, die der Atmosphäre bei der Herstellung des synthetischen Gases entzogen wird. Kurz gesagt: Ein emissionsfreier Treibstoff statt fossilem Treibstoff.

Wie geht das?

Aber warum konzentriert man sich nicht auf einen elektrischen Antrieb von Flugzeugen? Was geschieht mit Umweltbelastungen wie Feinstaub und Stickoxiden? Und wie ist es möglich, einen Treibstoff nur mit Kohlendioxid, Wasser und Sonnenenergie herzustellen?

«Wenn ich Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff verbrenne, setze ich Energie frei, und die Verbrennungsprodukte sind CO2 und Wasserdampf. Dieser Prozess kann konzeptionell umgekehrt werden», erklärt der Physiker Gianluca Ambrosetti, Geschäftsführer von Synhelion. «Wie es Pflanzen bei der Photosynthese tun und wie es unsere Methode der Verbindung von Wasser und CO2 zu Kohlenwasserstoff tut.»

Aus dem thermochemischen Prozess, der in einem eigens entwickelten Reaktor abläuft, wird ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid gewonnen, das so genannte Syngas (Synthesegas). «Es handelt sich um eine Art Passepartout für eine ganze Reihe von synthetischen Kraftstoffen, die bereits auf industrieller Ebene hergestellt werden. Mit relativ standardisierten Raffinerieprozessen wird es in Kohlenwasserstoffe verschiedener Formen, wie Methanol und Düsentreibstoff, umgewandelt.»

Die Testkammer von Synhelion im Sonnensimulator der Deutschen Luft- und Raumfahrtagentur DLR (im Vordergrund eine von 150 leistungsstarken Lampen). RSI-SWI

Der Zeithorizont für die industrielle Produktion von «grünem Brennstoff» mit der neuen Methode ist das Jahr 2030, da die Reaktoreffizienz immer noch gering ist. Das Schweizer Startup arbeitet jedoch parallel an der Entwicklung eines Brennstoffs mit 50 Prozent geringeren Auswirkungen auf die Atmosphäre.

Partner für CO2-Gewinnung

Das zur Herstellung von nachhaltigem Brennstoff verwendete CO2 kann direkt aus der Luft gewonnen werden. Genau dies macht seit Jahren das Unternehmen Climeworks. Diese Methode ist momentan noch sehr teuer, aber bereits sind Untersuchungen für eine preisgünstigere Gewinnung in Gang – beispielsweise aus der Zementherstellung. Dort wird ebenfalls CO2 freigesetzt.

Zur Feinabstimmung seines Verfahrens entwickelt Synhelion mehrere Komponenten. «Es gibt einen thermochemischen Reaktor, einen Solarreceiver, der die hohen Temperaturen erzeugen soll, die für den Betrieb des Reaktors erforderlich sind. Und schliesslich haben wir thermische Energiespeichersysteme, um zumindest im Sommer 24 Stunden am Tag arbeiten zu können.»

Synhelion

Die erste geplante kommerzielle Anlage (Fertigstellung 2024) ist ein Solarpark von 25’000 Quadratmetern, der Energie für die Produktion von 5000 Tonnen Brennstoff pro Jahr liefern würde.

Erster Treibstoff im Jahr 2022

Das Ziel von Synhelion ist es, aber bereits 2022 einen ersten schadstoffarmen Kraftstoff unter Nutzung von Sonnenenergie zu entwickeln. Er wird nur zur Hälfte erneuerbar sein, weil er von einer fossilen Brennstoffbasis ausgeht. «Ein Prozess der Erdgas-Umwandlung wird uns ermöglichen, einen Brennstoff zu gewinnen, der 50 Prozent weniger Emissionen aufweist als der herkömmliche, auf traditionelle Weise gewonnene Ölbrennstoff.»

Um die notwendige Energie zu gewinnen, sind Solarparks wie dieser nötig. RSI-SWI

Aber kann «reiner» grüner Treibstoff ab 2030 wirklich in herkömmlichen Flugzeugen eingesetzt werden? «Es gibt einige Komponenten, die angepasst werden müssen, wie bei allen synthetischen Kraftstoffen, aber im Grund wird nur eine minimale Änderung der Infrastruktur erforderlich sein. Tatsache ist, dass die Luftfahrt bei den Treibstoffspezifikationen die strengsten Vorschriften kennt», sagt Ambrosetti.

Der Flughafen ZürichExterner Link hat derweil schon angekündigt, dass er die gesamte verfügbare Jahresmenge des ab 2023 in einer Testanlage produzierten Treibstoffs kaufen und für seine Fahrzeuge und Maschinen verwenden will.

Warum aber soll man überhaupt auf grünen Treibstoff setzen, egal ob zu 50 oder 100 Prozent, und nicht zum Beispiel auf Flugzeuge mit Elektroantrieb? Wären diese nicht vielversprechender?

«Elektroantrieb für Flugzeuge ist vielversprechend, doch der Einsatz bleibt vorerst äusserst begrenzt. Das Problem ist die Energiedichte der Batterien, die viel geringer ist, sogar 40 oder 60 Mal geringer als die eines Verbrennungsmotor-Treibstoffs. Manche versuchen es mit kleineren Flugzeugen oder begrenzen den Einsatz für die Rollbewegungen am Boden», sagt Ambrosetti.

«Tatsächlich kann etwa der energieintensive Start eines Flugzeugs nicht mit elektrischem Antrieb erfolgen, weil die Batterien einfach zu schwer wären. Für den Antrieb von Flugzeugen wird es also schwierig werden, von fossilem Brennstoff auf eine vollständige Elektrifizierung umzustellen. Das ist auch der Grund, warum wir mit unserem Synthesegas die Luftfahrt über einen neuartigen Brennstoff klimafreundlich machen wollen.»
 

Emissionen des Flugverkehrs

Stickoxide haben einen grossen Einfluss auf die Luftverschmutzung in niedrigen Lagen. Der Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre ist hingegen weitgehend für die globale Erwärmung verantwortlichExterner Link.

Die Emissionen des Flugverkehrs aus der Verbrennung von Kerosin machen 2 bis 2,5% der gesamten CO2-Emissionen aus menschlichen Aktivitäten aus (Daten des Bundesamts für ZivilluftfahrtExterner Link).

Berechnet man jedoch die Emissionen pro Passagier, ist das Flugzeug das umweltschädlichste Fortbewegungsmittel.

(Übertragung aus dem Italienischen: Gerhard Lob)