{"id":134522,"date":"2023-11-15T07:23:00","date_gmt":"2023-11-15T06:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=134522"},"modified":"2023-11-09T12:51:22","modified_gmt":"2023-11-09T11:51:22","slug":"3d-gedruckter-reaktorkern-macht-solare-treibstoffproduktion-effizienter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/3d-gedruckter-reaktorkern-macht-solare-treibstoffproduktion-effizienter\/","title":{"rendered":"3D-gedruckter Reaktorkern macht solare Treibstoffproduktion effizienter"},"content":{"rendered":"\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"512\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-1024x512.jpg\" alt=\"Die Illustration zeigt eine 3D-\u200bgedruckte Ceroxidstruktur mit hierarchischer Kanalarchitektur. Konzentrierte Sonnenstrahlung f\u00e4llt auf die Struktur und treibt die solare Aufspaltung von CO2 (links im Bild) in getrennte Str\u00f6me von CO und O2 voran.\" class=\"wp-image-134542\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-1024x512.jpg 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-300x150.jpg 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-150x75.jpg 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-768x384.jpg 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551-400x200.jpg 400w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.carousel.328117551.jpg 1280w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Die Illustration zeigt eine 3D-\u200bgedruckte Ceroxidstruktur mit hierarchischer Kanalarchitektur. Konzentrierte Sonnenstrahlung f\u00e4llt auf die Struktur und treibt die solare Aufspaltung von CO<sub>2<\/sub>\u00a0(links im Bild) in getrennte Str\u00f6me von CO und O<sub>2<\/sub>\u00a0voran.\u00a0(Grafik: aus Advanced Materials Interfaces (Vol. 10, Issue 30, 2023) https:\/\/doi.org\/10.1002\/admi.202300452)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Forscher haben eine 3D-\u200bDrucktechnik entwickelt, um keramische Strukturen mit hierarchisch geordneten Geometrien f\u00fcr den Solarreaktor herzustellen.<\/strong><\/li>\n\n\n\n<li><strong>Die neuen abgestuften Designs transportieren die Strahlung effizienter als bisherige Designs: Sie k\u00f6nnen bei gleicher konzentrierter Sonnenstrahlung doppelt so viel solaren Treibstoff produzieren.<\/strong><\/li>\n\n\n\n<li><strong>Der Solarreaktor nutzt Wasser und CO<sub>2<\/sub>\u00a0aus der Luft und Sonnenlicht als Energiequelle, um kohlenstoffneutrale fl\u00fcssige Kraftstoffe herzustellen, zum Beispiel Solarkerosin f\u00fcr die Luftfahrt.<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>In den vergangenen Jahren entwickelten Ingenieure der ETH Z\u00fcrich eine Technologie, um aus Sonnenlicht und Luft Fl\u00fcssigtreibstoffe herzustellen. 2019 demonstrierten sie erstmals den gesamten Prozess unter realen Bedingungen mitten in Z\u00fcrich, auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH. Solche synthetischen solaren Treibstoffe sind CO<sub>2<\/sub>-\u200bneutral, da sie bei der Verbrennung genauso viel CO<sub>2<\/sub>\u00a0freisetzen, wie der Luft zu ihrer Herstellung entzogen wurde. Bereits sind die ETH-\u200bSpin-offs Climeworks und Synhelion daran, die Technologie weiterzuentwickeln und zu kommerzialisieren.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Kernst\u00fcck des Herstellungsprozesses ist ein Solarreaktor, auf den mit einem Parabolspiegel konzentrierte Sonnenstrahlung gerichtet wird, und der dadurch auf bis zu 1500 Grad Celsius aufgeheizt wird. In diesem Reaktor, der eine por\u00f6se Struktur aus Ceroxid enth\u00e4lt, l\u00e4uft eine zyklische thermochemische Reaktion ab zur Spaltung von Wasser und CO<sub>2<\/sub>, das zuvor aus der Luft abgeschieden wurde. Es entsteht dabei Syngas, ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das zu fl\u00fcssigen Kohlenwasserstoff-\u200bTreibstoffen wie zum Beispiel dem von Flugzeugen verwendeten Kerosin (Flugbenzin) weiterverarbeitet werden kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Bisher nutzten die Forschenden dazu eine Struktur mit gleichm\u00e4ssiger Porosit\u00e4t. Das hat jedoch einen Nachteil: Die einfallende Sonnenstrahlung schw\u00e4cht sich auf dem Weg ins Innere des Reaktors exponentiell ab. Dadurch werden im Innern nicht so hohe Temperaturen erreicht, was die Leistung des Solarreaktors begrenzt.<\/p>\n\n\n\n<p>Nun haben Forschende aus der Gruppe von Andr\u00e9 Studart, ETH-\u200bProfessor f\u00fcr komplexe Materialien, und der Gruppe von Aldo Steinfeld, ETH-\u200bProfessor f\u00fcr Erneuerbare Energietr\u00e4ger, eine neuartige 3D-\u200bDruckmethode entwickelt. Sie k\u00f6nnen damit Keramikstrukturen mit komplexen Poren-\u200bGeometrien zu erzeugen, welche einen effizienteren Transport der Sonnenstrahlung ins Reaktorinnere erm\u00f6glichen. Das Forschungsprojekt wird vom Bundesamt f\u00fcr Energie gef\u00f6rdert.<\/p>\n\n\n\n<p>Als besonders effizient entpuppt haben sich hierarchische Strukturen mit Kan\u00e4len und Poren, deren sonnenexponierte Oberfl\u00e4chen offener sind und die zum hinteren Ende des Reaktors dichter werden. Diese Anordnung erm\u00f6glicht es, konzentrierte Sonnenstrahlung \u00fcber das gesamte Volumen zu absorbieren. Dadurch erreicht auch die gesamte por\u00f6se Struktur die Reaktionstemperatur von 1.500 Grad und tr\u00e4gt zur Treibstofferzeugung bei. Die Forschenden stellten die Strukturen mittels einer extrusionsbasierten 3D-\u200bDrucktechnik her. Als druckbare Tinte verwendeten sie eine neue f\u00fcr diesen Zweck entwickelte Paste. Diese verf\u00fcgt \u00fcber Eigenschaften, die sie f\u00fcr diese Herstellungsmethode besonders geeignet macht: Sie ist wenig viskos und enth\u00e4lt eine hohe Konzentration von Ceroxidpartikeln, um die Menge an reaktionsf\u00e4higem Material zu maximieren.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"1024\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-1024x1024.jpg\" alt=\"Digitale 3D-\u200bDarstellung (r. oben) und Fotografien (seitlich und von oben) der por\u00f6sen Keramikstruktur mit hierarchisch organisiertem kanalartigem Aufbau. Der Sonnenreaktor (r. unten) enth\u00e4lt eine Reihe solcher abgestuften Strukturen, die direkt der konzentrierten Sonnenstrahlung ausgesetzt sind. \" class=\"wp-image-134541\" style=\"aspect-ratio:1;width:539px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-1024x1024.jpg 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-300x300.jpg 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-150x150.jpg 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-768x768.jpg 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-1536x1536.jpg 1536w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753-270x270.jpg 270w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2023\/11\/image.imageformat.1286.1944652753.jpg 1907w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Digitale 3D-\u200bDarstellung (r. oben) und Fotografien (seitlich und von oben) der por\u00f6sen Keramikstruktur mit hierarchisch organisiertem kanalartigem Aufbau. Der Sonnenreaktor (r. unten) enth\u00e4lt eine Reihe solcher abgestuften Strukturen, die direkt der konzentrierten Sonnenstrahlung ausgesetzt sind.\u00a0(Bilder: aus Sas Brunser S, et al. Adv Mat Interfaces (Vol. 10, Issue 30, 2023)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Erste Tests erfolgreich<\/h3>\n\n\n\n<p>Die Forschenden untersuchten schliesslich das komplexe Zusammenspiel zwischen der \u00dcbertragung der Strahlungsw\u00e4rme und der thermochemischen Reaktion. So konnten sie zeigen, dass sich mit ihren neuen hierarchischen Keramikstrukturen im Vergleich zu den bisherigen uniformen Strukturen bei gleicher konzentrierter Sonnenstrahlung, die der Intensit\u00e4t von 1.000 Sonnen entspricht, doppelt so viel Treibstoff herstellen l\u00e4sst. Die Technologie zum 3D-\u200bDruck der Keramikstrukturen ist bereits patentiert, Synhelion hat die Lizenz von der ETH Z\u00fcrich erworben.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p> \u00abDiese Technologie hat das Potenzial, die Energieeffizienz des Solarreaktors deutlich zu steigern und damit die Wirtschaftlichkeit von nachhaltigen Flugtreibstoffen erheblich zu verbessern\u00bb, betont <strong>Aldo Steinfeld<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><em>Literaturhinweis<\/em><\/h3>\n\n\n\n<p><em>Sas Brunser S, Bargardi F, Libanori R, Kaufmann N, Braun H, Steinfeld A, Studart A. Solar-\u200bdriven redox splitting of CO<sub>2<\/sub>\u00a0using 3D-\u200bprinted hierarchically channeled ceria structures, Advanced Materials Interfaces, 2300452, 2023. DOI:\u00a0<a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1002\/admi.202300452\">externe Seite10.1002\/admi.202300452call_made<\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In den vergangenen Jahren entwickelten Ingenieure der ETH Z\u00fcrich eine Technologie, um aus Sonnenlicht und Luft Fl\u00fcssigtreibstoffe herzustellen. 2019 demonstrierten sie erstmals den gesamten Prozess unter realen Bedingungen mitten in Z\u00fcrich, auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH. 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