Technologie

Schwimmende Solarinseln

07.06.2019 - Solar erzeugtes Methanol könnte globalen Bedarf an Treibstoffen decken.

Riesige schwimmende Solarinseln auf dem Meer, die genügend Energie produzieren, um einen CO2-neutralen globalen Güter­verkehr zu ermöglichen – was wie Science Fiction klingt haben Forscher der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts PSI, der Empa, der Univer­sitäten Zürich, Bern und der National Uni­versity of Science and Technology (NTNU) Trondheim nun erstmals durch­gerechnet.

Papier, Blechdosen, Glas – die Welt recycelt so viel wie nur irgendwie möglich. Warum also nicht auch das Treib­hausgas Kohlendioxid zum Recycling­produkt erklären? Denn flüssige Kraftstoffe auf Kohlenstoff­basis werden in Zukunft – trotz inter­nationaler Bestrebungen zu deren Senkung – nach wie vor eine wichtige Rolle spielen. So erscheint es sinnvoll, das ausgeschiedene CO2 aus der Umwelt zurückzu­gewinnen und erneut zu nutzen. Das Forscherteam zeigt nun, das solare Methanol-Inseln langfristig genügend Treibstoff produzieren könnten, um weltweit die gesamte Mobilität CO2-neutral zu gestalten.

Inmitten der Ozeane soll aus Solarenergie und Wasser Wasserstoff hergestellt werden, der dann vor Ort mit aus dem Meerwasser gewonnenen CO2 zu Methanol umgewandelt wird. Dazu ana­lysierten die Forscher detailliert ein Szenario, das zwar noch rein hypothetisch scheint, aber bereits die Planungs­grundlagen für eine mögliche Umsetzung bietet. Ausgangs­punkt der Idee sind Solarinseln, also schwimmende Plattformen, ausgestattet mit Photovoltaik­anlagen. Da aber Solarstrom nicht gespeichert und von dort nur schlecht abtransportiert werden kann, macht ein Solar­kraftwerk auf dem Meer keinen Sinn. Allerdings kann man aus Kohlen­dioxid und Wasserstoff flüssiges Methanol, aber auch gasförmiges Methan herstellen. Die Ausgangsstoffe könnten also direkt aus dem Ozean gewonnen beziehungs­weise dort hergestellt werden.

Es existieren bereits großtechnische Power-to-Gas-Anlagen, die Wasserstoff und CO2 zu Treibstoff umwandeln – unter anderem die Demonstrations­plattform „move“ auf dem Empa-Campus in Dübendorf. Doch die dafür benötigte Anlagen­fläche für eine weltweite Versorgung von Treibstoff wäre gewaltig. „Eine Fläche von rund 170.000 Quadrat­kilometern wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren“, erklärt Andreas Borgschulte von der Empa-Abteilung „Advanced Analytical Techno­logies“. Das ließe sich am ehesten durch Solaranlagen auf dem Meer realisieren; bislang ungenutzte Fläche, die niemandem gehört. Auch auf dem Meer kann man das CO2 aus der Luft gewinnen; eine attraktive – und erst noch naheliegende – Alternative wäre aber, die rund 125-mal höhere CO2-Konzentration des Meerwassers für die „Kohlen­dioxidernte“ auszunutzen.

In bestehenden Anlagen wird das aus der Atmosphäre gewonnene CO2 meist zur Herstellung von Methan verwendet, was auch auf den Solarinseln möglich wäre. Im Rahmen ihrer Überlegungen entschieden sich die Forscher aller­dings für die Herstellung eines flüssigen Brennstoffs, da sich dieser besser trans­portieren lässt. Außerdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymer­herstellung. Die Möglich­keiten für dessen Verwendung und den damit erzielbaren Gewinnen sind also wesentlich höher.

Eine solche Methanol-Insel hat jedoch ihren Preis: Rund neunzig Millionen US-Dollar würde der Bau einer solchen Chemiefabrik auf dem Ozean kosten. Diese bestünde aus rund siebzig Photovoltaik­inseln mit einem Durchmesser von rund hundert Quadratmetern und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Synthese­anlagen. Insgesamt ergäbe dies eine Fläche von rund 550.000 Quadratmetern. Doch ein einzelner Cluster genügt bei weitem nicht, um eine Null-Bilanz von CO2 zu erreichen. Insgesamt 170.000 solcher Inseln wären nötig, um so viel CO2 zu recyceln, wie zurzeit ausgestoßen wird – ein utopisches Ziel, aber eines, das es sich zu verfolgen lohnt. „Große Ideen sind notwendig – Bullerbü-Lösungen versorgen nur Bullerbü, aber nicht den Rest der Welt“, so Borgschulte.

Empa / JOL

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