Auf dem Weg zum CO₂-neutralen Fliegen

Mit dem Flugzeug reisen – und trotzdem kein zusätzliches CO₂ ausstoßen. Möglich wäre das mit synthetischen Treibstoffen, die mittels erneuerbarer Energien aus Wasser und Umgebungsluft gewonnen werden. Allerdings müssten enorme Mengen produziert werden. Ein neues Herstellungsverfahren aus dem Forschungsprojekt KEROGREEN nutzt eine innovative Plasmatechnologie, mit der dies gelingen könnte. Eine erste Anlage haben die Forschungspartner am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) errichtet.

Den Luftverkehr CO₂-neutral zu organisieren ist eine große Herausforderung: „Batterien, Wasserstoff und Hybridlösungen sind aufgrund ihrer geringen Energiedichte ungeeignet“, sagt Professor Peter Pfeifer vom Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT und einer der Sprecher des Forschungsprojekts KEROGREEN. „Biokraftstoffe wiederum stehen aufgrund der benötigten Anbauflächen in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion und dem Naturraum.“ Um das CO₂-neutrale Fliegen trotzdem zu ermöglichen, haben Pfeifer und die beteiligten Partner von KEROGREEN einen weiteren Weg erforscht: Kerosin aus Luft und Wasser. „Mit erneuerbarer Energie und CO₂ direkt aus der Atmosphäre, entsteht dabei ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf. Wir können sogar die bestehende Infrastruktur für die Lagerung, den Transport, die Betankung der Flugzeuge und vor allem die Triebwerkstechnik weiternutzen.“ Darüber hinaus würde synthetisches grünes Kerosin keinen Schwefel sowie weniger Ruß und Stickstoffoxide (NOx) emittieren.

Um den Treibstoff in ausreichendem Maß herstellen zu können, haben die Partner im EU-Projekt KEROGREEN in viereinhalb Jahren ein skalierbares Verfahren entwickelt, das auf einer neuen Plasmatechnologie basiert und in ein Containermodul passt. Die Arbeiten hat das Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) in Eindhoven koordiniert, eine Forschungsanlage wurde am KIT aufgebaut. Die Technologie befindet sich damit in der letzten Phase der Systemintegration, in der die einzelnen Elemente bereits zu einer geschlossenen Einheit verbunden sind, sich aber noch auf einem unterschiedlichen Entwicklungsstand befinden. „Das neue Herstellungsverfahren ist besonders ressourcenschonend, weil keine seltenen Rohstoffe verwendet werden“, so Pfeifer.

Innovative Plasmatechnologie zur CO₂-Spaltung

Der Prozess basiert im Wesentlichen auf drei Schritten: Das CO₂ aus der Umgebungsluft wird zunächst in einen Reaktor geführt, in dem es durch ein mit Mikrowellenstrahlung erzeugtem Plasma in Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff zerlegt wird. Anschließend wird der Sauerstoff entfernt, während das CO in einem zweiten Reaktor zu Teilen mittels Wassergas-Shift-Reaktion in Wasserstoff umgewandelt wird. Dieser Wasserstoff und das verbleibende CO (in der Kombination als Synthesegas bezeichnet) wird in einem dritten Reaktor mittels Fischer-Tropsch-Synthese in Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, die nicht für die Produktion von Kerosin verwendet werden können, werden in der Anlage prozessintern gespalten. Das finale Produkt ist der Grundbestandteil der im Flugverkehr üblichen Kraftstoffe. Dieses Rohmaterial kann anschließen zum erwünschten Kerosin veredelt oder auch direkt als Energiespeicher gelagert werden.

Ideal für den dezentralen Einsatz mit erneuerbaren Energien

Mit der Plasmatechnologie wären nach Erkenntnissen der Forschenden Anlagen bis in den Megawattbereich möglich. Sie eigne sich aber auch für den Einsatz in kleinen, dezentralen Produktionsanlagen im Containerformat: „Zukünftige Anlagen werden modular und skalierbar sein und könnten deshalb einfach in einen Offshore-Windpark oder in einen Solarpark in der Wüste integriert werden“, sagt Pfeifer. „Wenn dann Wind oder Sonne mal nicht vorhanden sind, würde sich der Plasmareaktor vorrübergehend ausschalten und mit verfügbarer Energie einfach wieder hochfahren.“ Die Ergebnisse aus dem Projekt werden nun sorgsam analysiert und insbesondere von den industriellen Partnern bereits für die Umsetzung von einzelnen Prozessschritten genutzt.