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Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Solare Kraftstoffe:
Analyse von
Umwandlungsprozessen
Solar fuels:
Analysis of conversion
processes
Eine relativ neue Alternative für die Herstellung von synthetischem
Kerosin ohne den Umweg über Biomasse stellen solare Kraftstoffe
dar, die seit 2010 im Bauhaus Luftfahrt erforscht werden. Sie
können grundsätzlich auf drei verschiedene Arten hergestellt werden:
elektrochemisch, photochemisch und thermochemisch. Allen
drei Wegen gemein ist die Erzeugung eines solaren Synthesegases,
einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die im
Weiteren durch den bekannten Fischer-Tropsch-Prozess in Kerosin
umgewandelt wird.
Der elektrochemische Pfad ist derzeit unter anderem durch
eine zweistufige Energieumwandlung auf circa 18 Prozent Wirkungsgrad
begrenzt, der photochemische bei der Photosynthese
sogar auf etwa 3,5 Prozent. Die zweistufige thermochemische Umwandlung
befindet sich im Forschungsstadium mit der langfristigen
Perspektive eines theoretischen Wirkungsgrades von 40 Prozent.
Sie nutzt die Hochtemperaturwärme konzentrierter Sonnenstrahlung,
um einen chemischen Prozess zu betreiben, bei dem bei
circa 1500 Grad Celsius eine Reduktion des Materials und bei etwa
800 Grad Celsius eine Re-Oxidation stattfindet. In Summe ergibt
sich eine Umwandlung von Wasser und Kohlendioxid in Synthesegas
und Sauerstoff.
Ein im Bauhaus Luftfahrt durchgeführter Vergleich der Wirkungsgrade
des „Biomass-to-liquid“-Prozesses (BTL) mit dem
thermochemischen Prozess zeigt heute in beiden Fällen niedrige
Wirkungsgrade, was auf den Entwicklungsstand der Kraftstoffe zurückzuführen
ist. Wird das langfristige Potenzial betrachtet, zeigt
sich ein zehnmal so hoher Wirkungsgrad in der Umwandlung von
Solarenergie zu Kraftstoff für den thermochemischen Prozess und
damit eine vielversprechende Alternative zu Biokraftstoffen.
A relatively new alternative for the production of “drop-in” capable
synthetic kerosene without the detour of biomass production
are the so-called solar fuels which are investigated at Bauhaus
Luftfahrt since 2010. For the production of solar fuels, in principle,
three paths can be followed, each of which produces so-called synthesis
gas, a mixture of hydrogen and carbon monoxide. Making
use of the well-known Fischer-Tropsch process, synthesis gas can
be further converted to drop-in-capable jet fuel.
Among the different paths, electrochemistry is limited to
about 18 percent efficiency today, partly due to a two-fold energy
conversion involving solar electricity, and photochemistry is limited
to roughly 3.5 percent in the case of photosynthetical conversion.
The two-step thermochemical conversion is subject to research
and shows a long-term efficiency potential of 40 percent.
In a thermochemical process, high-temperature heat gained
through the concentration of solar energy is used to drive a twostep
chemical cycle that reduces the material at about 1500 degrees
Celsius and reoxidises it at about 800 degrees Celsius. The
overall reaction results in the conversion of water and carbon
dioxide to synthesis gas and oxygen.
A comparison conducted by Bauhaus Luftfahrt in terms of efficiency
between the thermochemical and the “Biomass-to-Liquid”
(BTL) process shows equally low values today, which is due to their
low technical maturity. The long-term potentials of both processes
however are much higher, with the thermochemical cycle efficiency
reaching values ten times as high as the BTL-process, making
solar fuels a promising alternative to biofuels.
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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.