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Einführung
Heute ist die Weltwirtschaft mehr denn je abhängig von fossilen Brenn- und Treibstoffen. Doch deren Reserven nehmen nicht nur stetig ab, sie verursachen auch grosse Umweltprobleme und geopolitische Spannungen. Einerseits ist die Klimaerwärmung zu einem grossen Teil verursacht durch die Nutzung fossiler Brennstoffe beziehungsweise den Ausstoss von CO2. Andererseits werden fossile Rohstoffe wie Öl und Gas immer auch als politische Druckmittel eingesetzt, um zwischen Staaten Abhängigkeitsverhältnisse zu schaffen oder aufrechtzuerhalten und auf diese Weise wirtschaftliche Interessen durchzusetzen.
Solare Brenn- und Treibstoffe, insbesondere Wasserstoff, rücken vermehrt als Alternative zu fossilen Treibstoffen ins kommerzielle Blickfeld, vor allem in den Bereichen, in denen eine Speicherung der Energie notwendig ist. Bei Photovoltaik wird Elektrizität direkt aus Sonnenlicht gewonnen, jedoch ist diese Form der Energie hinsichtlich Speicherung und im Vergleich zu Wasserstoff ziemlich ineffizient. Ein synthetischer solarer Treibstoff kann immer hergestellt werden, wenn Sonnenlicht verfügbar ist, und – wie fossile Treibstoffe auch – transportiert und gelagert werden. Also kann er auch in Gebieten und während Zeiten genutzt werden, in denen kein direktes Sonnenlicht vorhanden ist.
Wie werden solare Treibstoffe hergestellt?
Die Forschung ist auf dem Gebiet der Wasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoffe bisher am weitesten fortgeschritten. Prototypische, praxisorientierte Anwendungen an Hochschulen in Form von kleinskaligen Solarraffinerien haben gezeigt, dass drei in Serie geschaltete thermochemische Umwandlungsschritte nötig sind, um flüssigen, solaren Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft herzustellen.
Der erste Schritt ist die Luftabscheidung, mit der Kohlendioxid und Wasser direkt aus der Umgebungsluft extrahiert werden. Der zweite Schritt ist die sogenannte solare Redox-Einheit oder solare Spaltung, welche Kohlendioxid und Wasser in ein spezifisches Gemisch umwandelt. Und der dritte Schritt ist die Synthese, Gas-to-Liquid oder Verflüssigung genannt, die schliesslich das Gemisch in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandelt. Dieses hier sehr vereinfacht dargestellte thermochemische Verfahren nutzt die gesamte Strahlungsenergie der Sonne und läuft bei sehr hohen Temperaturen ab. Diese Rahmenbedingungen ermöglichen schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Luft und Sonnenlicht zu solaren Treibstoffen.
Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist äusserst wichtig, dass synthetische solare Treibstoffe CO2-neutral sind. Das sind sie, weil für ihre Herstellung Sonnenenergie verwendet wird und sie bei ihrer Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor zu ihrer Herstellung aus der Luft entnommen wurde.
Nutzen für die Wirtschaft
Neben der CO2-Neutralität und Speicherfähigkeit ist für den kommerziellen Einsatz von synthetischen solaren Treibstoffen in der Wirtschaft die Kompatibilität mit der bestehenden, noch weitgehend auf fossilen Energieträgern basierenden Infrastruktur ein weiteres Argument. Auch ist ihre Herstellung erschwinglich, skalierbar und ortsunabhängig.
Derzeit entfällt ca. 25% des CO2-Ausstosses auf der Erde auf den Verkehr. Es überrascht daher wenig, dass sich der Verkehrssektor – insbesondere der Flugverkehr – stark für die solaren Treibstoffe interessiert. Sie haben das Potenzial, den Luftverkehr zu dekarbonisieren und damit nachhaltig zu machen. Es ist im Interesse und liegt in der Verantwortung der globalisierten Wirtschaft, ihre negativen Umwelteinwirkungen zu reduzieren. Der Flugverkehr als Sinnbild der globalisierten Wirtschaft kann hier künftig einen wesentlichen Beitrag leisten.