Zonne-kerosine zou ooit de luchtvaart kunnen voorzien van een koolstofneutrale brandstof
Een reeks van 169 reflectoren richten het zonlicht op een zonnereactor op de top van deze toren. Het licht reageert met kooldioxide en waterdamp en vormt een mengsel dat kan worden omgezet in kerosine en dieselbrandstof.
Vliegtuigbrandstof kan nu vanuit de lucht worden overgeheveld.
Of dat is in ieder geval het geval in Móstoles, Spanje, waar onderzoekers hebben aangetoond dat een buitensysteem dat kan kerosine produceren, gebruikt als vliegtuigbrandstof, met drie eenvoudige ingrediënten: zonlicht, kooldioxide en waterdamp. Zonne-kerosine zou van aardolie afgeleide vliegtuigbrandstof in de luchtvaart kunnen vervangen en de uitstoot van broeikasgassen helpen stabiliseren, rapporteren de onderzoekers in de 20 juli Joule.
Bij het verbranden van van zonne-energie afgeleide kerosine komt koolstofdioxide vrij, maar alleen zoveel als er wordt gebruikt om het te maken, zegt Aldo Steinfeld, een ingenieur bij ETH Zürich. “Dat maakt de brandstof CO2-neutraal, zeker als we gebruik maken van kooldioxide dat direct uit de lucht wordt opgevangen.”
Kerosine is de brandstof bij uitstek voor de luchtvaart, een sector die verantwoordelijk is voor ongeveer 5 procent van de door de mens veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen. Het vinden van duurzame alternatieven is moeilijk gebleken, vooral voor de langeafstandsluchtvaart, omdat kerosine zo veel energie bevat, zegt chemisch fysicus Ellen Stechel van de Arizona State University in Tempe, die niet bij het onderzoek betrokken was.
In 2015 Steinfeld en zijn collega’s gesynthetiseerde zonne-kerosine in het laboratorium, maar niemand had de brandstof volledig in één systeem in het veld geproduceerd. Dus plaatsten Steinfeld en zijn team 169 zonnevolgspiegels om straling gelijk aan ongeveer 2500 zonnen te reflecteren en te focussen in een zonnereactor bovenop een 15 meter hoge toren. De reactor heeft een venster om het licht binnen te laten, poorten die koolstofdioxide en waterdamp leveren, evenals een materiaal dat wordt gebruikt om chemische reacties te katalyseren, poreus ceria genaamd.
Bij verhitting met zonnestraling reageert de ceria met kooldioxide en waterdamp in de reactor om syngas te produceren – een mengsel van waterstofgas en koolmonoxide. Het syngas wordt vervolgens naar de basis van de toren geleid waar een machine het omzet in kerosine en andere koolwaterstoffen.
Gedurende negen dagen in bedrijf ontdekten de onderzoekers dat de toren ongeveer 4 procent van de gebruikte zonne-energie omzet in ongeveer 5.191 liter syngas, dat werd gebruikt om zowel kerosine als diesel te synthetiseren. Deze proof-of-principle-opstelling produceerde ongeveer een liter kerosine per dag, zegt Steinfeld.
“Het is een belangrijke mijlpaal”, zegt Stechel, hoewel de efficiëntie moet worden verbeterd om de technologie bruikbaar te maken voor de industrie. Voor de context: een Boeing 747-passagiersvliegtuig verbrandt ongeveer 19.000 liter brandstof tijdens het opstijgen en de opstijging naar kruishoogte. Het terugwinnen van warmte die niet door het systeem wordt gebruikt en het verbeteren van de warmteabsorptie van de ceria zou de efficiëntie van de toren tot meer dan 20 procent kunnen verhogen, waardoor het economisch praktisch wordt, zeggen de onderzoekers.
