BHL-Jahrbuch-2016

40 alternative fuels
Effizienzpotenziale
solarthermochemischer
Kraftstoffproduktion
Efficiency potential of
solarthermochemical
fuel production
Solarenergie ist aufgrund ihrer weitverbreiteten
Verfügbarkeit ein Grundpfeiler der Energiewende
von fossilen zu erneuerbaren Quellen. Die Nutzung
von Sonnenlicht für die thermochemische Produktion
von erneuerbaren Flugkraftstoffen verspricht
einen besonders hohen Konversionswirkungsgrad.
Kohlendioxid und Wasser werden dabei in einem
Solarreaktor, der zum Beispiel die Keramik Ceroxid
als Reaktant nutzt, in Kohlenmonoxid und Wasserstoff
gespalten. Die Gasmischung wird anschließend
in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt.
Forscher des Bauhaus Luftfahrt zeigten auf,
welch starken Einfluss die Umwandlungseffizienz
auf die Kosten- und Ökobilanz des Kraftstoffprodukts
hat, da sie die Größe des konzentrierenden
Solarfelds bestimmt 1 . Als ein Teil des Engagements
des Bauhaus Luftfahrt in der Erforschung des Innovationspotenzials
von solarer Kraftstofftechnologie
wurde ein generisches und modulares Modell für
die Beschreibung einer großen Zahl von Reaktorkonzepten
entwickelt 2 .
In der Auswertung wurde die Bedeutung der
Wärmerückgewinnung aus dem reaktiven Material
für hohe Wirkungsgrade gezeigt, wobei bis zu 80 %
Wärmetauscheffizienz in einer neuartigen Festkörper-
Gegenstrom-Konfiguration möglich sind. Mit dem
Modell ist es auch möglich, die Reaktorgeometrie
für vorgegebene Betriebsparameter zu optimieren.
Die Ergebnisse bilden einen wichtigen Beitrag
zur Erforschung von Reaktortechnologien, wie sie im
Rahmen des „SUN-to-LIQUID“-Projekts 3 untersucht
werden, um Sonnenlicht kosteneffizient für die nachhaltige
und großtechnische Produktion von Flugkraftstoffen
zu nutzen.
1 C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann, Environmental Science and Technology,
50 1 (2016)
2 C. Falter, A. Sizmann, R. Pitz-Paal, Solar Energy, 122 (2015)
3 Die Forschung zu diesen Ergebnissen wurde von der Europäischen Union
im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 unter der Fördervertragsnummer
654408 gefördert.
StL
CO 2 , H 2 O
C x H y
Solarenergie treibt
einen thermochemischen
Kreisprozess
an, der
Flüssigkraftstoff
(C x H y ) aus CO 2 und
H 2 O produziert.
Solar energy is used
to drive a thermochemical
cycle to
produce liquid fuels
(C x H y ) from CO 2 and
H 2 O.
With its widespread availability, solar energy
forms a cornerstone of the transition of the energy
sector from a fossil to a renewable base. Regarding
the production of renewable fuels for aviation,
the use of sunlight in a thermochemical cycle
promises a particularly high energy conversion
efficiency. Carbon dioxide and water are split into
carbon monoxide and hydrogen in a solar reactor
using a metal oxide, for example cerium dioxide.
The yielded gas mixture is then converted into
liquid hydrocarbon fuels.
As was shown by researchers at Bauhaus
Luftfahrt, the conversion efficiency of the solar
reactor has a decisive influence on the economic
and ecological performance of the produced fuels,
as it defines the required size of the solar concentrator
1 . As part of the engagement of Bauhaus
Luftfahrt in the assessment of the fundamental
innovation potential of solar fuel technology, a
generic and modular model for the description of
a large number of possible reactor concepts has
been developed 2 .
Application of this model showed that heat
recuperation from the reactive material is essential
for the achievement of high efficiencies, with
novel solid-state counter-flow heat exchangers
potentially reaching about 80 % recuperation efficiency.
The developed model also enables optimisation
of the reactor geometry for a given set
of operating parameters.
The outcomes represent an important contribution
to R&D efforts on reactor technologies,
such as performed in “SUN-to-LIQUID” 3 , to utilise
sunlight cost-efficiently for sustainable large-scale
production of aviation fuels.
1 C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann, Environmental Science and Technology,
50 1 (2016)
2 C. Falter, A. Sizmann, R. Pitz-Paal, Solar Energy, 122 (2015)
3 The research leading to these results has received funding from the
European Union Horizon 2020 research and innovation programme under
grant agreement no. 654408.