Der Anteil der globalen Luftfahrt am Klimawandel beträgt 3,5 Prozent. Anders als auf der Straße sind Batterien für Flugzeuge aber keine Lösung. Trotzdem könnte Swiss im kommenden Jahr den Startschuss geben für eine grüne Zukunft: Als erste Airline soll die Lufthansa-Tochter mit Solarkerosin im Tank abheben. "Diese Idee gibt es schon relativ lange", sagt Carmen Murer von Hersteller Synhelion. "Wenn normaler Treibstoff verbrannt wird, entstehen CO2, Wasserdampf und Hitze. Diese Hitze wird benutzt, um einen Motor anzutreiben. Wir machen es umgekehrt", erklärt sie das Prinzip im "Klima-Labor" von ntv. Die erste Demonstrationsfabrik samt Spiegelfeld und Solarreaktor entsteht derzeit im nordrhein-westfälischen Jülich. Verläuft der Test erfolgreich, sind anschließend "nach dem Copy-Paste-Prinzip kommerzielle Anlagen an sonnigeren Standorten geplant." Das Potenzial der Technologie sei riesig, sagt Carmen Murer: "Man könnte ein Mehrfaches des weltweiten Treibstoffbedarfs herstellen."

ntv.de: Synhelion stellt Kerosin, Benzin, Diesel, Methanol, Wasserstoff und jeden anderen erdenklichen Kraftstoff her, und zwar aus Sonnenlicht. Das klingt ja zu schön, um wahr zu sein. Erklären Sie bitte einmal, wie das geht.

Carmen Murer: Ganz einfach erklärt, kann man sagen, dass wir den Verbrennungsprozess rückgängig gemacht haben. Wenn normaler Treibstoff verbrannt wird, entstehen CO2, Wasserdampf und Hitze. Diese Hitze wird benutzt, um einen Motor anzutreiben. Wir machen es umgekehrt und nehmen Solarwärme, CO2 und Wasser, um das in flüssige Treibstoffe zu verwandeln. Zuerst erhält man ein synthetisches oder solares Rohöl. Das kann in einer Raffinerie zu Benzin, Diesel oder Kerosin weiterverarbeitet werden. Was man halt so braucht.

Wer hatte denn die verrückte Idee dazu?

Diese Idee gibt es schon relativ lange. Sie ist in den 80er Jahren bei der Ölkrise aufgekommen, aber dann wieder in Vergessenheit geraten, als die Treibstoffpreise extrem gesunken sind. In den letzten Jahren wurde die Forschung wieder intensiviert. Unsere Technologie geht also auf jahrzehntelange Studien zurück, das hat niemand einfach so aus dem Ärmel geschüttelt.

Und der Durchbruch war wann ungefähr?

Wir sind ein Spin-off der ETH Zürich, einer Technischen Universität in der Schweiz. Dort hat man 2014 zum ersten Mal im Labor aus Luft und Sonnenlicht Treibstoff hergestellt. Das war der Beweis, dass es nicht nur auf dem Papier funktioniert.

Heureka, ich habe Feuer gemacht - nur umgekehrt?

Genau!

Und am Ende hat man wirklich flüssigen Treibstoff in der Form, wie wir ihn heutzutage kennen und verbrennen können?

Unsere flüssigen Treibstoffe haben dieselben Eigenschaften wie erdölbasierte Treibstoffe. Sie sind aber nicht aus Erdöl hergestellt, sondern mit nachhaltiger Energie. In unserem Fall ist es Solarwärme.

Gleiche Eigenschaften bedeutet aber auch, dass CO2 ausgestoßen wird, wenn man diese Treibstoffe verbrennt?

Das ist korrekt, beim Verbrennen wird CO2 in die Atmosphäre ausgestoßen. Aber der Witz daran ist, dass bei unserem Verfahren zuerst CO2 gebunden wird. Das heißt, wenn die Treibstoffe verbrannt werden, stoßen sie nur so viel aus, wie zuvor entzogen wurde. Aktuell ist das ja eine Einbahnstraße: Wir holen Erdöl aus dem Boden und blasen CO2 in die Luft. Bei uns ist der CO2-Kreislauf geschlossen.

Aber bei der Herstellung des Treibstoffs wird ja auch Energie verbraucht, oder?

Wissen 05.11.21

CO2-neutral und industriereif Forscher stellen Kraftstoff aus Luft und Sonne her

Ja, man braucht unglaublich viel Energie, weil diese Treibstoffe Energieträger sind. Wenn man die herstellen will, muss man sehr viel Energie reinstecken. Aber die stammt in unserem Fall eben von der Sonne. Die ist weltweit verfügbar und die allergrößte Energiequelle überhaupt: In ungefähr einer Stunde trifft so viel Sonnenenergie auf die Erde, wie die gesamte Welt in einem Jahr verbraucht. Das Potenzial ist riesig. Wir müssen es nur schaffen, die Energie in Form dieser flüssigen Kohlenwasserstoffe zu speichern.

Diese Speicherprozesse sind ja gerade bei der Solarenergie die Krux. In flüssiger Form geht das deutlich besser als bei der Verstromung?

Beim Solarstrom muss man Batterien zum Speichern benutzen. Das kostet sehr viel Geld, weil die nicht effizient genug sind. Deshalb nutzen wir die Solarwärme direkt und wandeln sie nicht in Strom um. Das hat verschiedene Vorteile, unter anderem kann man sie günstig und effizient in einem Wärmespeicher speichern. Dann können wir in der Nacht weiter produzieren. Das ist für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit natürlich ein sehr wichtiger Faktor.

Wie genau läuft dieser Prozess denn ab? Das Verfahren heißt ja "Sun-to-Liquid" und hat mit dem Sonnenlicht und der Luft genau zwei Zutaten. Dann werden noch ein Parabolspiegel und ein Solarreaktor erwähnt.

Den Parabolspiegel brauchten wir nur für die erste Demoanlage. Das war eine solare Miniraffinerie, die 2019 auf dem Dach der ETH gebaut wurde. Mittlerweile sind wir viel weiter und nutzen große Spiegelfelder. Die einzelnen Spiegel richten sich automatisch nach dem Sonnenstand aus und konzentrieren das Sonnenlicht in einem Brennpunkt auf einen Turm mit dem Solarstrahlungsempfänger.

Ein bisschen so, als würde man versuchen, mit einer Lupe etwas anzuzünden? Das haben als Kind vermutlich viele mal ausprobiert.

Das ist genau dasselbe Prinzip! Statt einer Lupe nutzen wir aber Spiegel, um die Sonnenstrahlung zu konzentrieren.

Und das sind ganz normale, handelsübliche Spiegel? Keine Solarpanels oder so, die das Sonnenlicht auffangen?

Nein, ganz normale Spiegel oder Reflektoren. Nicht unbedingt der klassische Badezimmerspiegel, aber sie sehen genauso aus und konzentrieren das Licht in einen Brennpunkt. So können wir Prozesswärme von bis zu 1500 Grad herstellen. Diese Temperaturen brauchen wir, um den Reaktor zu betreiben, wo die chemischen Reaktionen stattfinden. Darin entsteht zuerst Synthesegas, das ist so etwas wie der Universal-Baustein, um flüssige Treibstoffe herzustellen. Eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Danach kann man das Synthesegas mit dem Fischer-Tropsch-Prozess verflüssigen und man erhält synthetisches Rohöl. Das geht dann in eine Raffinerie.

Und dort gewinnt man die Kraftstoffe?

Das synthetische Rohöl wird dort zu Kerosin, Benzin oder Diesel verarbeitet. Zu guter Letzt gibt es noch diesen thermischen Speicher, der ist ebenfalls in das System eingebunden. Tagsüber, wenn wir Solarwärme erzeugen, wird ein Teil dieser Wärme darin gespeichert, weil die Sonne im Schnitt ja nur acht Stunden täglich scheint. Das heißt, man muss 16 Stunden überbrücken. Mit der gespeicherten Wärme können wir die ganze Nacht überbrücken. Dann läuft der Reaktor auch, wenn die Sonne nicht mehr scheint.

24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche?

Wissen 03.04.22

Ideen gibt es genug Wie lässt sich die Erderwärmung noch begrenzen?

Ja. Theoretisch könnte man den Prozess auch immer wieder starten und stoppen, aber wirtschaftlich gesehen will man das natürlich nicht. Solche Anlagen sind sehr teuer, dann sollen sie das ganze Jahr rund um die Uhr Treibstoff produzieren.

Sie sprachen von großen Spiegelfeldern: Welche Fläche wird denn für so eine Anlage benötigt? Gerade in Deutschland wird ja sehr intensiv diskutiert, wo wir eigentlich noch Platz für Solaranlagen und Windräder haben.

Platz gibt es auf jeden Fall genug. Theoretisch könnte man mit dieser Technologie ein Mehrfaches des weltweiten Treibstoffbedarfs herstellen. Der große Vorteil ist ja, dass wir viel Sonne brauchen. Wo finden wir die typischerweise? In der Wüste. Wir konkurrieren also nicht mit der Landwirtschaft. Wüsten gibt es auch auf jedem Kontinent. Das Prinzip ist wirklich im großen Stil umsetzbar.

Aber das sind ja idealerweise auch die Flächen, wo man klassische Solarpanels aufstellen und Solarfelder errichten könnte. Es gibt ja diesen ewigen Traum von riesigen Solaranlagen in der Sahara, der nie umgesetzt wurde.

Das muss man differenzieren. Unsere Hauptanwendung für diese Treibstoffe ist ja die Luftfahrt, weil die auch in Zukunft auf Kerosin angewiesen sein wird. Deshalb ist es wichtig, dass man nachhaltiges Kerosin nutzt und nicht mehr das fossile. Die Luftfahrt braucht etwa 300 Millionen Tonnen Treibstoff pro Jahr. Dafür bräuchten wir etwa 30.000 Quadratkilometer Fläche.

Können Sie das in ein Verhältnis setzen?

Die Schweiz ist 40.000 Quadratkilometer groß. Wir bräuchten also gerade mal 0,3 Prozent der Fläche der Sahara.

Aber in der Wüste gibt es ja eher weniger Flughäfen. Die ganz großen befinden sich in der Nähe von Metropolregionen. Wie käme der Treibstoff dort hin?

Das ist der nächste wichtige Punkt: Diese Treibstoffe haben eine extrem hohe Energiedichte, sie können also ganz einfach transportiert werden. Wir haben ja bereits ein Verteilsystem rund um die Welt für unsere erdölbasierten Treibstoffe. Dasselbe können wir für Solartreibstoffe nutzen, man muss keine neue Infrastruktur aufbauen. Anders als beim Strom zum Beispiel, für den wir in der Wüste erst ein Netz errichten müssten. Flüssige Treibstoffe sind anders, stabil: Die gehen nicht kaputt oder verlieren Energie, wenn man sie transportiert.

Ohne grüne Schifffahrt oder ohne grünen LKW müsste man aber diesen Schadstoffausstoß oder CO2-Ausstoß einberechnen bei der Herstellung von solaren Treibstoffen?

Klar, natürlich. Der Transport hat aber nur einen minimalen Effekt auf die CO2-Bilanz, weil die Energiedichte so hoch ist. Man könnte zum Beispiel den gesamten Treibstoff für die Luftfahrt in Australien herstellen und dann um die Welt schiffen. Aber das ist nicht das, was wir wollen. Der Vorteil ist ja, dass man diese Treibstoffe auf verschiedenen Kontinenten lokal herstellen und soch auch Energieunabhängigkeit gewinnen kann.

Wissen Sie denn schon, wie am Ende die Klimabilanz eines Flugs wäre, wenn das Flugzeug mit Solarkerosin befüllt wurde? Wird Fliegen damit wirklich klimafreundlicher?

Unsere Treibstoffe sind wirklich nahezu klimaneutral. Nicht zu 100 Prozent, aber wir sind extrem nah dran. Für alles Weitere muss man eine ganz detaillierte Life-Cycle-Analyse machen, für jede Anlage, die wir bauen. Deshalb kann ich keine genaue Zahl nennen. Was ich definitiv sagen kann, ist, dass wir uns natürlich an die gesetzlichen Vorschriften halten. Diese besagen, dass ein Treibstoff mindestens 70 Prozent CO2 einsparen muss im Vergleich zu einem fossilen, um als nachhaltiger Flugkraftstoff anerkannt zu werden, also als sogenannter Sustainable Aviation Fuel (SAF).

Ist das ein Allheilmittel? Können wir die Luftfahrt genauso weiter betreiben wie heute?

Unsere Technologie ist bestimmt nicht die alleinige Lösung. Das Potenzial ist da, aber es muss natürlich noch massiv investiert werden, damit man diese Technologie weiterentwickeln und skalieren kann. Es gibt auch noch andere Möglichkeiten, synthetische Treibstoffe herzustellen. Insgesamt ist man sich bei der Luftfahrt aber einig, dass nachhaltige Flugkraftstoffe die beste und realistischste Möglichkeit bieten, um die CO2-Emissionen schnell zu senken.

Sind sie denn auch eine bezahlbare Möglichkeit? Vielleicht konkret fragen: Und was kostet an Ende der Spaß? Können wir das überhaupt bezahlen?

Wir wollen auf jeden Fall Treibstoffe herstellen, die nicht viel teurer sind als fossile. Denn wenn sie zehnmal mehr kosten, bleibt man in der Nische und kann nicht wirklich was bewegen. Wir gehen davon aus, dass wir bis 2030 Produktionskosten von unter einem Euro pro Liter erreichen können. Das wäre noch nicht ganz konkurrenzfähig, aber nah dran an fossilem Kerosin: Vor dem Ukraine-Krieg lag der Preis bei 0,50 Euro pro Liter, aktuell eher bei 1 Euro pro Liter. Aber natürlich weiß niemand, wie viel fossile Treibstoffe 2030 kosten werden.

Wäre Ihr Verfahren denn langfristig auch noch mal eine Alternative für die Automobilindustrie? Im Juli gab es ja in Deutschland eine große Diskussion über E-Fuels. Vor allem Porsche scheint darauf zu setzen, um seine Verbrenner möglichst lange im Sortiment behalten zu können.

Das wäre möglich, weil wir sämtliche kohlenwasserstoffbasierten Treibstoffe herstellen können. Unser oberstes Ziel ist aber, vor allem dort Treibstoffe zu liefern, wo wir nicht elektrifizieren können. Auf der Straße, gerade bei kurzen Distanzen innerhalb von Städten, funktioniert Elektrifizierung sehr gut. Wenn es um längere Distanzen geht, wie in der Luftfahrt, beim LKW-Verkehr oder in der Schifffahrt, dann nicht mehr.

Können Sie einmal kurz erklären, warum E-Flugzeuge keine Alternative sind?

Flüssiger Treibstoff wie Kerosin hat eine 50 bis 100 Mal höhere Energiedichte pro Volumen und pro Masse - also Gewicht - als eine Batterie. Das heißt, wenn ein Flugzeug elektrisch über mittlere oder lange Distanzen fliegen soll, wäre diese Batterie ein Vielfaches schwerer als das Flugzeug selbst. Es könnte gar nicht mehr abheben. Man bräuchte eine komplett neue Batterietechnologie. Deshalb ist für die Luftfahrt dieses nachhaltige Kerosin so wichtig.

Mit der Lufthansa und Swiss haben Sie ja bereits Partner aus der Luftfahrt. Gemeinsam bauen Sie in Jülich in Nordrhein-Westfalen die weltweit erste Testfabrik. Was wird dort getestet?

In Jülich entsteht die erste industrielle Solartreibstoff-Anlage, mit der wir demonstrieren möchten, dass diese Technologie in industrieller Größe funktioniert. Mit einer kleinen und einer mittelgroßen Anlage haben wir das schon bewiesen. Jetzt gehen wir einen Schritt weiter. Das Kerosin, das dort hergestellt wird, geht an die Swiss. Sie wird die erste Airline sein, die mit unserem Solarkerosin fliegt.

Nur damit?

Nicht ausschließlich, das muss man mischen: 50 Prozent fossiles Kerosin und 50 Prozent nachhaltiges. Die Luftfahrt ist beim Zertifizieren sehr vorsichtig. Deshalb ist das 50/50-Verhältnis vorgeschrieben.

Und das gilt bereits für alle Swiss-Flüge im nächsten Jahr?

Nein, so weit sind wir noch nicht. In dieser Anlage werden wir pro Jahr ein paar Tausend Liter herstellen. Für alle Flüge bräuchte Swiss viel, viel mehr Kerosin. Es geht darum, die Produktion zu starten und zu zeigen, dass es funktioniert.

Warum eigentlich Jülich? So viel Sonne gibt es da ja nicht.

Jülich ist natürlich kein idealer Standort, wenn man nur auf die Solarbedingungen schaut. An einem schönen Tag ist die Strahlungsintensität aber ähnlich wie in der Sahara. Man kann in Jülich also bei sonnigem Wetter produzieren. Wir haben in Jülich aber ideale logistische Voraussetzungen, weil sich dort unter anderem das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Solar-Institut Jülich der FH Aachen befinden. Mit denen arbeiten wir zusammen. In der Jülicher Anlage soll auch nicht unglaublich viel Treibstoff hergestellt werden, das ist eine Demonstrations-Anlage im industriellen Maßstab. Danach sind nach dem Copy-Paste-Prinzip kommerzielle Anlagen an sonnigeren Standorten geplant.

Gibt es schon Pläne, wo die erste entstehen könnte?

Wir wollen sie ungefähr 2025 in Spanien in Betrieb nehmen.

Dann steht die Luftfahrt vermutlich schon Schlange bei Ihnen.

Die Airlines wollen natürlich alle diese nachhaltigen Treibstoffe, weil sie wissen, dass es ihre beste Möglichkeit ist, CO2-Emissionen zu reduzieren. Sinngemäß wird gesagt: Wann stellt ihr die her? Bitte sofort! Auch die Politik ist sehr stark an diesem Thema dran. Die EU will ab 2025 Quoten für die Verwendung von synthetischen Treibstoffen einführen, die dann sukzessive gesteigert werden. Das ist natürlich ein wichtiges Signal für uns, aber auch Investoren: Es wird einen Markt geben.

Mit Carmen Murer sprachen Clara Pfeffer und Christian Herrmann. Das Gespräch ist zur besseren Verständlichkeit gekürzt und geglättet worden.