Solar Fuel: Autos und Flugzeuge können mit flüssigem Sonnenlicht angetrieben werden

Die Sonne ist eine der großen Hoffnungen der Menschheit auf eine dauerhafte, saubere Energiequelle. Schon lange forschen Wissenschaftler in aller Welt daran, die Energie der Sonne auf verschiedene Arten nutzbar zu machen. Photovoltaik-Zellen, die Strom erzeugen, sowie gewöhnliche Solarkollektoren, die Wasser erwärmen, sind den meisten Menschen ein Begriff. Was aber die wenigsten wissen: Theoretisch lässt sich aus Sonnenlicht auch flüssiger Treibstoff herstellen.

Das Forschungsfeld “Solar Fuels” beschäftigt sich mit der Frage, wie die Energie aus Sonnenlicht in eine Form gebracht werden kann, die mit unserer derzeitigen Infrastruktur aus flüssigen Kraftstoffen kompatibel ist. Dazu soll die Energie aus der Sonne in flüssiger Form gespeichert werden.

Der Natur unter die Arme greifen

Flüssiger Treibstoff aus Sonnenlicht würde gleich zwei Probleme lösen: Zum einen die Konversion der Energie des Sonnenlichts in eine für uns nutzbare Form, zum anderen die Speicherung dieser Energie. Die Sonne ist – abhängig vom Aufenthaltsort und der Jahreszeit – nur für ein Drittel des Tages verfügbar. Flüssige Speicherformen hätten hier entscheidende Vorteile über bisherige Möglichkeiten. Ein Photovoltaik-System muss beispielsweise an ein komplexes Distributionsnetz angeschlossen werden, um eine effektive Verteilung und Speicherung zu ermöglichen.

Im Grunde basieren alle fossilen Treibstoffe auf Sonnenlicht. Dieses ist der Motor der Photosynthese, und das Pflanzenleben bzw. dessen Abbau liefert über Millionen von Jahren den Kohlenstoff, der unsere Gesellschaft antreibt. Das Problem dabei: Die Natur ist nicht besonders effektiv dabei, und der Energiehunger der Menschheit ist enorm. Die momentane Rate, mit der wir fossile Brennstoffe aufbrauchen, übersteigt ihre Produktion bei weitem.

Wenn wir also von “Solar Fuels” sprechen, dann geht es weniger darum, Sonnenlicht mit mysteriösen Methoden zu verflüssigen, sondern eher darum, mit Sonnenlicht als Energielieferant herkömmlichen Treibstoff herzustellen.

Treibstoff aus Sonnenlicht im Labor

Der erste Schritt zum von Menschen hergestellten “Sonnen-Treibstoff” ist es, CO2 und/oder H2O Moleküle in Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff aufzuspalten. Beide Moleküle sind sehr stabil und daher schwer aufzubrechen. Deshalb ist ein erheblicher Energieaufwand vonnöten. Die Energie wird entweder in Form von Elektrizität oder Hitze oder aber durch die Photonen des Sonnenlichts direkt bereitgestellt.

Dieser Schritt ist entscheidend und das größte Hindernis in der künstlichen Herstellung des solaren Treibstoffs. Von ihm ist die Effizienz des gesamten Herstellungsprozesses und damit auch dessen Kosten abhängig.

Die resultierende Mischung aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff wird als “Synthesis Gas” bezeichnet und kann in verschiedenen Verfahren zu verschiedenen Treibstoffen umgewandelt werden. Solche Verfahren werden bereits von Firmen wie Sasol oder Shell Global Solutions verwendet. Einem von der Europäischen Union unterstützten Projekt namens SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel) gelang es kürzlich, erstmals Jet-Treibstoff mit Hilfe von Sonnenenergie zu gewinnen. Bei dem Verfahren wurde ein chemischer Reaktor mit gebündelten Sonnenstrahlen bzw. der aus ihnen entstehenden Hitze angetrieben.

Künstliche Fotosynthese

Es gibt eine Vielzahl weiterer Verfahren, mit deren Hilfe die benötigten Reaktionen unterstützt werden können. Eines davon ist die künstliche Fotosynthese, bei der Photonen aus Sonnenlicht nicht als Hitze absorbiert werden, sondern direkt in einem katalytischem Prozess verwendet werden um H20- und CO2-Moleküle aufzubrechen. Aber auch elektrochemische Prozesse können zum Aufbrechen der Moleküle auf Sonnenlicht zurückgreifen, zum Beispiel indem die benötigte Elektrizität aus Photovoltaik-Anlagen kommt.

Das größte Hindernis für all diese Verfahren ist die geringe Effizienz. Für die Herstellung der Treibstoffe wird schlicht noch zu viel Energie benötigt. Die Effizienz des SOLAR-JET-Projekts liegt derzeit zum Beispiel bei zwei Prozent. Das Ziel der Wissenschaft in den nächsten Jahren muss es also sein, den Energiebedarf zu senken. An diesem Vorhaben wird derzeit in mehreren Projekten weltweit gearbeitet, beispielsweise an der University of Florida. Dort versuchen Forscher, mittels optischer Systeme Hitze zu erzeugen, die in den Verfahren verwendet werden kann.

Hinzu kommt ein weiterer Faktor: Wirklich umweltschonend wird das Verfahren erst, wenn das verwendete CO2 aus der Luft gewonnen wird. Die dazu benötigte Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, aber auch an ihr wird fleißig geforscht.

Die Erzeugung solarer Treibstoffe steht also noch vor einigen Herausforderungen. Allerdings werden ständig Fortschritte gemacht, und eines Tages können derartige Verfahren einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, den stetig steigenden Energiebedarf der Menschheit zu decken.