Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Kohlendioxid zurück zu Kerosin, Benzin und Diesel umwandeln und somit den CO₂-Kreislauf schliessen: Das ist die Idee von Synhelion. Das ETH-Spin-off nutzt die Wärme der Sonne, um aus CO₂ und Wasser synthetischen Treibstoff («Synfuel») herzustellen. In Deutschland hat Synhelion im Juni 2024 «DAWN» eröffnet: eine industrielle Anlage zur Produktion von Solartreibstoffen. Dank einer Zusammenarbeit mit dem Empa-Labor für Hochleistungskeramik kann die Anlage rund um die Uhr erneuerbaren Treibstoff produzieren – auch nachts.
Um aus CO₂ und Wasser Treibstoff zu machen, braucht «DAWN» Energie. Dafür fokussiert ein grosses Spiegelfeld das Sonnenlicht auf einen Solarstrahlungsempfänger. Darin befindet sich Wasserdampf, der durch die Energie der Sonne eine Temperatur von bis zu 1200 Grad Celsius erreicht. Mit dieser Hochtemperatur-Prozesswärme wird der Reaktor betrieben. Überschüssige Wärme wird in einer mehrere Kubikmeter grossen Kammer, gefüllt mit Spezialziegeln, gespeichert. Diese Ziegel – eine gemeinsame Entwicklung von Empa und Synhelion – dienen als Zwischenspeicher für die enorme Hitze. Dieser «Wärmevorrat» liefert dem Reaktor in der Nacht die nötige Energie, um Treibstoff zu produzieren.
Bei 1200 Grad korrodiert auch Keramik. Keine der auf dem Markt erhältlichen Hochtemperaturziegel waren für diese Bedingungen gedacht. Also kam Synhelion auf die Empa zu. «Die Forschungsgruppe um Empa-Forscher Gurdial Blugan ist eine der wenigen, die sich mit dem Korrosionsverhalten von Keramik bei derart hohen Temperaturen befasst», sagt Lukas Geissbühler, Head Thermal Systems bei Synhelion.
In einem zweijährigen Projekt, das durch die Innosuisse gefördert wurde, machten sich Blugan und Empa-Wissenschaftlerin Sena Yüzbasi zusammen mit Synhelion auf die Suche nach einer Keramik, die den hohen Anforderungen standhält. Dabei war die Korrosionsbeständigkeit nur ein Aspekt: Das Material sollte auch eine hohe Wärmekapazität haben, mechanisch robust sein und Temperaturschocks aushalten, die beim Herunterfahren der Anlage entstehen können. Ausserdem musste es günstig zu produzieren sein.
So entwarfen die Forschenden gemeinsam mit der Werkstatt der Empa und Synhelion einen eigenen Hochtemperatur-Rohrofen. Darin setzten sie unterschiedliche Keramikproben der korrodierenden Wasserdampfatmosphäre aus – bis zu 500 Stunden lang. Letztlich war die Suche erfolgreich. Die Forschenden fanden ein Material, das die extremen Bedingungen aushält. Die Ziegel wurden daraufhin von einem Partnerunternehmen in Deutschland hergestellt und in «DAWN» verbaut.
Während «DAWN» ihren Betrieb aufnimmt, planen Synhelion und die Empa bereits das nächste gemeinsame Projekt. Für die weiteren Anlagen wollen sie das Material weiterentwickeln und noch beständiger machen. Die zweite Synhelion-Anlage zur Produktion von Solartreibstoff soll ab 2025 in Spanien entstehen. Das Ziel: noch grössere Speicher und noch höhere Temperaturen. Denn je höher die Temperatur, desto effizienter wird die Treibstoffherstellung.
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