„nachhaltige technologien 01 | 2024"

Neues Reaktorkonzept Das Vorantreiben der Entwicklung der direkten Nut- zung von Sonnenenergie zur Reduktion von CO 2 zu Solartreibstoffen (C2+-Molekülen) steht im Fokus des von der EU geförderten Projekts DESIRED, an dem sieben Partner aus sechs EU-Ländern beteiligt sind. Das Projekt zielt auf die Entwicklung eines neuen Reaktorkonzepts ab, das von AEE INTEC in Zusam- menarbeit mit den Partnern entwickelt, gebaut und getestet wird. Der DESIRED-Reaktor ist universell nutzbar und kann unter photochemischen oder pho- toelektrochemischen Bedingungen, in der Gasphase oder in einer kondensierten Phase arbeiten: eine echte Neuheit. In DESIRED werden neue Photoka- talysatoren synthetisiert, die auf den Einsatz von seltenen und teuren Metallen verzichten, und unter sichtbarem Licht einsetzbar sind. Der neue Reaktor wird mit einem Sonnenkollektor gekoppelt, um somit die Sonnenenergie direkt nutzen zu können. (Anm.: siehe auch den Artikel "Grünen Wasserstoff mit der Sonne produzieren" auf S. 22 in dieser Ausgabe.) umgewandelt werden. Die Sonne ist eine unerschöpf- liche Quelle, die etwa 100 000 bis 120 000 Terawatt (TW) an Energie auf die Erdoberfläche einstrahlt, 20 000-mal mehr als der gesamte Weltenergiebe- darf 10 . Sie steht jedoch abgeschwächt und unstetig zur Verfügung. Um Sonnenenergie direkt nutzen zu können, stehen für die Umwandlung von Kohlendioxid in Kraftstoffe zwei verschiedene Verfahren zur Verfügung. Diese sind: A. die Nutzung konzentrierter Sonnenenergie zur Spaltung von Kohlendioxid und Wasser bei hohen Temperaturen (>1000 °C) zur Erzeugung von Synthe- segas (ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Was- serstoff) 11 , das im Fischer-Tropsch-Verfahren zur Her- stellung von Kohlenwasserstoffen verwendet wird; B. die direkte gemeinsame Verarbeitung von Wasser und Kohlendioxid zu energiereichen Produkten unter Sonneneinstrahlung 12 . Die erste Option erfordert eine weitere Verbesse- rung sowohl der Technologie zur Konzentration der Sonnenenergie als auch der Leistung der Katalysato- ren für die Wasser- und Kohlendioxid-Spaltung und kann mittelfristig (in 10 Jahren) angewandt werden. Die zweite Option wird höchstwahrscheinlich eher langfristig (in 15 Jahren) genutzt werden können, da neue, wirksame und stabile Photokatalysatoren oder Photo-Elektro-Katalysatoren erforscht und neue fortschrittliche Photo-Elektro-Reaktoren entwickelt werden müssen 12, 13 . Der Einsatz der letztgenannten Technologie bietet jedoch den Vorteil, dass kein Wasserstoff für die Kohlendioxid-Reduktion benötigt wird, was einen großen Schritt in Richtung eines vom Menschen geschaffenen Kohlenstoff-Kreislaufs darstellen würde. Der aktuelle Entwicklungsstand der photochemischen bzw. photoelektrochemischen- Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in C1- Moleküle wie Methanol oder Methan befindet sich bei einem TRL von 3-4. Die weitaus anspruchsvollere Produktion von C2+-Molekülen steht bei TRL<3. Um das große Potential dieser Technologie zur direkten Nutzung der Sonneneinstrahlung ausschöpfen zu können, sind Investitionen in Forschung und Innova- tion notwendig. So ist es möglich, die Entwicklung von Technologien voranzutreiben, die zur Einführung einer kohlenstoffbasierten Kreislaufwirtschaft bei- tragen können, ohne zusätzlich den ohnehin steigen- den Bedarf an Wasserstoff weiter zu überschreiten. 7 COR2023-02189-00-01-AC-TRA(EN)1/28COM82023); www.cor.europa.eu. 8 https://wedocs.unep.com. Accessed on December 27, 2023 9 Scipioni, A., Manzardo, A., & Ren, J. (Eds.). (2023). Hydrogen Economy: Processes, Supply Chain, Life Cycle Analysis and Energy Transition for Sustainability. Elsevier 10 https://inis.iaea.com . Accessed on December 28, 2023 11 https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2023/747085/EPRS_BRI (2023)747085_EN.pdf; b) https://www.shell.com/business-customers/catalysts-technologies/ licensed-technologies/refinery-technology/shell-blue-hydrogen-process.html#:~:text=How%20does%20blue%20hydrogen%20work,between%20natural%20gas%20and%20 steam. Accessed on January 5, 2024. 12 https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/hydrogen. Accessed on January 5, 2024. 13 https://www.co2meter.com/blogs/news/oxygen-purity-grade-charts. Accessed on January 5, 2024. 14 https://desired-project.eu Prof. Michele Aresta ist CEO von IC2R (Innovative Catalyses for Carbon Recycling), Bari Prof. Angela Dibenedetto arbeitet für CIRCC (Interuniversity Consortium on Chemical Reactivity and Catalysis), Bari CuO-ZnO-Nanokomposit nach photokatalytischen Tests Quelle: Roberto Comparelli 21 20 GRÜNE TREIBSTOFFE