Fabriek maakt brandstof uit licht en lucht: klaar voor opschaling (video)

Wetenschappers van ETH Zürich hebben een fabriek gebouwd die koolstofneutrale vloeibare brandstoffen kan produceren uit zonlicht en lucht.

Het volgende doel is om deze technologie op industriële schaal te brengen en concurrentievermogen te bereiken. In een paper in Nature beschrijven onderzoekers hoe de nieuwe zonnereactor functioneert en schetsen ze een beleidskader dat stimulansen zou bieden om de productie van ‘zonnekerosine’ uit te breiden.

De fabriek produceert synthetische vloeibare brandstoffen die bij de verbranding evenveel CO2 vrijgeven als er voor hun productie uit de lucht werd gehaald. CO2 en water worden direct uit de omgevingslucht gehaald en gesplitst met behulp van zonne-energie. Dit proces levert syngas op, een mengsel van waterstof en koolmonoxide, dat vervolgens wordt verwerkt tot kerosine, methanol of andere koolwaterstoffen. 

Een team onder leiding van hoogleraar hernieuwbare energiebronnen Aldo Steinfeld heeft de afgelopen twee jaar de mini-zonneraffinaderij op het dak van ETH’s Machine Laboratory-gebouw in Zürich geëxploiteerd. "Deze fabriek demonstreert de technische haalbaarheid van het hele thermochemische proces om zonlicht en omgevingslucht om te zetten in drop-in brandstoffen. Het systeem werkt stabiel onder reële zonnecondities en biedt een uniek platform voor verder onderzoek en ontwikkeling", zegt Steinfeld. "De technologie is nu voldoende volwassen voor gebruik in industriële toepassingen." 

Woestijn biedt ideale omstandigheden

Analyses van het hele proces laten zien dat de brandstof 1,20 tot 2 euro per liter zou kosten als deze op industriële schaal zou worden geproduceerd. Woestijngebieden met veel zonne-energie zijn bijzonder geschikt als productielocaties. "In tegenstelling tot biobrandstoffen, waarvan het potentieel beperkt is vanwege de schaarste aan landbouwgrond, stelt deze technologie ons in staat om aan de wereldwijde vraag naar vliegtuigbrandstof te voldoen door minder dan één procent van het droge land ter wereld te gebruiken. En het zou niet concurreren met de productie van voedsel of veevoer", zegt onderzoeksgroepleider Johan Lilliestam. Als de materialen die worden gebruikt om de productiefaciliteiten te bouwen, zoals glas en staal, worden vervaardigd met behulp van hernieuwbare energie en koolstofneutrale methoden, kan de uitstoot verder worden teruggebracht tot bijna nul.

Ondersteunend beleid nodig

Gezien de hoge initiële investeringskosten zullen zonnebrandstoffen politieke steun nodig hebben om hun markttoegang veilig te stellen. "De bestaande ondersteunende instrumenten van de Europese Unie – emissiehandel en compensatie – zijn niet voldoende om de marktvraag naar zonnebrandstoffen te stimuleren. Met het oog hierop stellen wij de goedkeuring voor van een Europees technologiespecifiek quotasysteem voor vliegtuigbrandstof. Hiervoor zouden luchtvaartmaatschappijen een specifiek deel van hun brandstof uit zonne-energie moeten halen", aldus Lilliestam. 

De auteurs bevelen een aandeel van 0,1 procent aan in de vroegste fase van marktadoptie, wanneer de prijs van ‘zonne-kerosine’ hoog zal zijn en de productiecapaciteit laag. Dit zou weinig invloed hebben op de vliegkosten, maar zou de bouw van productiefaciliteiten bevorderen en een leercurve in gang zetten die zou kunnen leiden tot technologische verbeteringen en lagere prijzen. Het quotum zou dan geleidelijk kunnen worden verhoogd totdat zonnekerosine zonder verdere steunmaatregelen een marktdoorbraak bereikt.