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Künstliche Photosynthese für Kraftstoff

07.12.2014

Die Toshiba Corporation kündigte die Entwicklung einer hocheffizienten künstlichen Photosynthese an - einer Technologie zur Herstellung von Kohlenstoffverbindungen aus Kohlendioxid und Wasser unter Beteiligung von Sonnenenergie. Die Technologie wurde auf der International Conference on Artificial Photosynthese ICARP2014 in Japan der Öffentlichkeit vorgestellt.

Ähnliche Technologien werden im Pflanzenreich häufig zur Herstellung organischer Substanzen (normalerweise Zucker) aus denselben Komponenten verwendet. Im Fall von Toshiba wird erwartet, dass durch künstliche Photosynthese sowohl Treibstoff als auch Rohstoffe für die chemische Industrie produziert werden können.

Nach Angaben des Unternehmens weist die vorgestellte Technologie der künstlichen Photosynthese eine Effizienz der Umwandlung von Sonnenlichtenergie in Kohlenstoffbrennstoff von 1,5 % auf, was laut Toshiba der beste Indikator unter ähnlichen Entwicklungen heute ist (um Verbindungen zu erhalten, die als Chemikalien verwendet werden können Roh- oder Brennstoff).

Andere Versuche, künstliche Photosynthese zu realisieren, basieren meist auf der Nutzung des ultravioletten Teils des Sonnenlichtspektrums und zeichnen sich durch einen geringen Wirkungsgrad aus, der für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist.

Bei der Entwicklung von Toshiba entsteht aus der photosynthetischen Reaktion von Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) Kohlenmonoxid (CO), ein Bestandteil zur Herstellung des sogenannten „Synthesegases“ (eine Mischung aus CO und H2). Durch Anreicherung von Synthesegas mit Wasserstoff kann Methanol (Methylalkohol) gewonnen werden.

Die Methanolproduktion selbst ist nicht neu. Diese Substanz wird häufig als Rohstoff in der modernen chemischen Industrie (insbesondere zur Herstellung von Formaldehydharzen und Kunststoffen) verwendet. Darüber hinaus gibt es mit Methanol betriebene Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen für Automobile und Elektronik.

Die von den Japanern vorgeschlagene Technologie soll ein teures und energieaufwendiges Glied aus der Methanolproduktionskette ausschließen – die CO-Produktion, die direkt Erdgas (Methan) verwendet. Theoretisch, glaubt Toshiba, wird seine Photosynthese dazu beitragen, die Probleme sowohl der zunehmenden Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre als auch der möglichen Erschöpfung fossiler Brennstoffe zu lösen.

Der chemische Reaktor von Toshiba verwendet ein katalytisches Goldgitter mit nanoskaligen Zellen, um Wasser und Kohlendioxid in Methanol umzuwandeln. Wie das Unternehmen in seiner Mitteilung anmerkt, wird das Ziel seiner weiteren Forschung darin bestehen, die Effizienz der Photosynthese zu steigern, indem die Aktivität des Katalysators erhöht wird. Das Unternehmen hofft, die praktische Umsetzung seiner Technologie in den 2020er Jahren sicherzustellen.

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Experimente haben gezeigt, dass die in Finnland entwickelte Technologie es ermöglicht, mehr als 50 % der Energie der ursprünglichen Holzrohstoffe in das Endprodukt, den Brennstoff, zu übertragen. Dies ist ein sehr gutes Ergebnis, außerdem kann die Abwärmeenergie zum Heizen oder zur Dampferzeugung genutzt werden, wodurch ein Wirkungsgrad von 74 % bei der Energieumwandlung von Biomasse erreicht werden kann.

Vor allem aber ist die Technologie in Europa bereits reif für den industriellen Einsatz. Nach Berechnungen finnischer Spezialisten wird die kommerzielle Nutzung der Technologie die Produktion von flüssigem Kraftstoff im Bereich von 58 Euro / MWh ermöglichen, und der Benzinpreis wird 0,5 bis 0,7 Euro pro 1 Liter betragen. Mit anderen Worten, Biokraftstoffe werden den Preis von Benzin aus Öl erreichen.

Die Finnen blieben bei diesen Berechnungen nicht stehen und „skizzierten“ das ungefähre Aussehen einer Anlage, die Biokraftstoff mit der neuen Technologie herstellt. Das Unternehmen wird über eine Kapazität von 300 MW verfügen und genug Kraftstoff für den Betrieb von 150 Fahrzeugen produzieren können. Darüber hinaus kann Biomethanol auch in modernen Autos eingesetzt werden: in Form eines 000-prozentigen Zusatzes zu herkömmlichem Mineralölkraftstoff.

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