Solar Jet Fuels met zonne-energie

Maak je klaar voor vertrek!

Een Zwitserse start-up Synhelion werkt aan de commercialisering van twee routes naar brandstof voor straalvliegtuigen geproduceerd met gebruik van zonne-energie. Dit met de hulp van Eni, het 10de grootste oliebedrijf ter wereld.

Synhelion is van plan vliegtuigbrandstof in twee fasen op de markt te brengen; ten eerste om in 2022 een vliegtuigbrandstof te verkopen op basis van omzetting van methaan met behulp van zonne-energie, kortweg zonne-omzetting, met 50% lagere koolstofemissies. Hiermee wordt de ontwikkeling voor verkoop in 2030 van een geavanceerder product gefinancierd; 100% koolstofvrije vliegtuigbrandstof door het opvangen van CO2 en H2O uit de lucht met behulp van zonne-energie, hetgeen de onderzoeksteams reeds met succes hebben aangetoond.

“Het proces van zuiver water en CO2-splitsing dat we hebben bewezen, is onze langetermijnvisie, maar het vereist nog veel ontwikkeling en het product is duurder dan de huidige prijs voor fossiele brandstoffen, dus het is momenteel te ver verwijderd van de markt. In deze meer geavanceerde pure thermochemische route zetten we 1500°C warmte in om het chemische proces aan te sturen. We streven ernaar deze technologie tegen 2030 te introduceren ”, legt Synhelion-CTO Philipp Furler uit, wiens onderzoek naar zonnebrandstoffen aan de ETH Zürich de basis van de technologie vormde.

“Maar we zijn ook van plan om voor die tijd een product te introduceren. Om veel sneller op de markt te komen, willen we eerst een eenvoudigere route op basis van zonne-omzetting lanceren. De benadering van zonne-omzetting is efficiënter dan het splitsingsproces van zuiver water en kooldioxide en is gebaseerd op bestaande industriële technologie. Daarom ontwikkelen we beide processen parallel. ”

Doel: vliegtuigbrandstof uit de lucht tegen 2030

Synhelion’s lange-termijn 100% zonnebrandstoftechnologie is ontwikkeld op basis van onderzoek naar zonnebrandstoffen aan de ETH Zürich in Zwitserland om vliegtuigbrandstof (kerosine) te produceren uit kooldioxide en water dat uit de lucht wordt opgevangen, en is gebaseerd op zonnethermochemie met warmte als energie-input voor de productie van het syngas, dat vervolgens wordt omgezet in vloeibare brandstoffen.

SolarPACES interviewde eerder Furler over de 100% met behulp van zonne-energie geproduceerde brandstof uit de lucht toen het team de technologie had verbeterd tot een recordbrekende efficiëntie van de zonnereactor van 5%, van slechts 1% vijf jaar eerder. Op basis van de tests gelooft Furler dat Synhelion verder kan gaan dan de 20% efficiëntie van de reactor die nodig is om de vliegtuigbrandstof redelijk zuinig te maken. Maar er is een grotere schaal nodig om te testen.

“We hebben een nieuw concept ontwikkeld dat een verstandige warmteterugwinning in het proces mogelijk maakt om de efficiëntie boven de 20% te brengen”, zei hij. “Onze tests toonden aan dat onze prototypesystemen succesvol werken, maar we hebben nog geen hogere efficiëntie bereikt, omdat ze in grotere afmetingen moeten worden gebouwd. Als u thermische opslag gebruikt, moet dit op grote schaal gebeuren. Anders domineren warmteverliezen via de zijwanden de resultaten.” Om nauwkeurige testresultaten en hoge efficiëntie te krijgen is bouwen op grote schaal  de sleutel. De start-up is van plan om de technologie over meerdere jaren stapsgewijs op te schalen naar industriële omvang. Deze tijd is nodig om de technische uitdagingen die zich voordoen grondig op te lossen door de omvang te vergroten en de kosten van de technologie te verlagen.

Als eerste op de markt; zonne-omzetting

Vliegtuigbrandstof gemaakt door middel van een op zonne-omzetting gebaseerde benadering zou op korte termijn commercieel levensvatbaar zijn en weinig meer kosten dan de huidige vliegtuigbrandstof, omdat omzetting een volwassen, standaardtechnologie is.

Zonne-omzetting van een methaanbron gebruikt dezelfde technologie als de huidige omzetting, behalve dat warmte van verbrandend aardgas wordt vervangen door warmte van een zonne-ontvanger. Dit is een goed begrepen proces met relatief lage temperatuur.

“Voor zonne-omzetting liggen de temperaturen tussen 800°C en 1100°C. Dit proces is voor ons aanzienlijk eenvoudiger en is al geïmplementeerd in de industrie. Onderzoek naar de omzetting met behulp van zonne-energie is vele jaren geleden gestart door verschillende groepen, en er is veel potentieel in dit traject. We kunnen een brandstof produceren die ongeveer 50% minder CO2-uitstoot heeft tegen een vergelijkbare prijs als fossiele brandstoffen. Zo kunnen we de komende jaren grote markten aanspreken. We kunnen tot op zekere hoogte rekenen op een volwassen industriële technologie en dit maakt de ontwikkeling veel sneller”, legt Furler uit.

“Voor de methaanbron kunnen we ook elk biogas zoals stortgas gebruiken en 100% CO2-neutrale brandstoffen produceren. We gaan er echter van uit dat we voor zeer grootschalige productie aardgas nodig hebben omdat er niet genoeg biogas beschikbaar is.”

De twee technologieën overlappen elkaar veel. Beide operaties worden uitgevoerd in dezelfde afgebeelde infrastructuur: ontvanger, reactor en opslag.

Hoe de processen werken

Beide technologieën hebben in wezen drie stappen. Stap een: vang de ingrediënten op. Stap twee: herschik ze in syngas. Stap drie: syngas omzetten in kerosine, vliegtuigbrandstof (of andere vloeibare koolwaterstoffen).

Zonne-omzetting bij 800° C – 1100° C

Voor de zonne-omzettingsroute, voor stap één, kunnen ze CO2 en water krijgen uit een enkele bron zoals methaan of uit directe luchtopvang. Synhelion zal stap twee uitvoeren door 800° C tot 1100° C warmte van een zonnespiegel veld naar de reactor te brengen om de thermochemie uit te voeren om syngas te produceren. Het syngas wordt vervolgens omgezet in vloeibare brandstoffen via standaard industriële technologie, zoals Fischer-Tropsch-synthese, om de commerciële vliegtuigbrandstof te produceren.

Zonne-vliegtuigbrandstof uit lucht bij 1.500°C

Voor de vliegtuigbrandstof uit lucht route; voor stap één werkt Synhelion samen met een bedrijf als ETH Zurich spin-off Climeworks dat CO2 en H2O rechtstreeks uit de lucht opvangt. Synhelion zal stap twee uitvoeren, waarbij 1.500°C warmte van een zonnespiegelveld aan de reactor wordt geleverd om de thermochemie uit te voeren om deze koolwaterstoffen in syngas om te zetten. En opnieuw in stap drie wordt het syngas omgezet in commerciële vliegtuigbrandstof, op dezelfde manier als tegenwoordig wordt gedaan door grote olie- en gasbedrijven zoals Eni.

Met meer dan 10 patenten ingediend (en er komen er nog meer) en zeer ervaren experts op het gebied van onderzoek naar zonnebrandstoffen Furler en Aldo Steinfeld aan boord, zou de start-up van Synhelion mogelijk een echt succesverhaal voor zonnebrandstoffen kunnen zijn dat stevig is verankerd in de gevestigde wetenschap.

Voor het oorspronkelijke artikel zie http://helioscsp.com/solar-jet-fuels-get-ready-for-take-off