Den ersten gibt es freilich bisher nur auf dem Papier, im nächsten Jahr soll mit dem Bau der Zugwaggons begonnen werden. Die zweite gibt es bereits: Eine Versuchsanlage zur Herstellung von klimaneutralem Kerosin in Spanien zeigt vielversprechende erste Ergebnisse.
Filtert CO2 aus der Luft
Aktuelle Hitzewellen machen die Dringlichkeit von Maßnahmen gegen die Erderwärmung besonders deutlich. Experten sind sich sicher, dass herkömmliche Technologien, Einsparungen und Effizienzgewinne im Energiesektor nicht ausreichen werden. Viele von ihnen arbeiten weltweit an neuen Methoden. Ein Zauberwort heißt hier „Direct Air Capture“ und meint Verfahren, die Kohlendioxid, das wichtigste Treibhausgas, aus der Luft herausfiltern. Diese Systeme gibt es bereits: Die Firma Climeworks zum Beispiel filtert in der Schweiz CO2 aus der Luft und speichert es in Island in unterirdischen Felsen. Nachteil: Für den Filtrationsprozess werden riesige Ventilatoren benötigt, die Luft in den Filterapparat strömen lassen; dies erfordert viel Energie und macht den Einsatz teuer.
Mit den jetzt vorgestellten Spezial-Eisenbahnwagen könnte das von alleine funktionieren. Sie sollten an regelmäßig verkehrenden Zügen angebracht werden und während der Fahrt den Luftstrom nutzen. Der Wind strömt in die Waggons, wo das CO2 durch einen chemischen Prozess abgeschieden und die CO2-freie Luft wieder ausgestoßen wird. Hat der Waggon eine bestimmte Menge CO2 aufgenommen, wird es konzentriert, in flüssiger Form in einem Behälter gesammelt und kann dann als Rohstoff genutzt oder gespeichert werden.
2022 CO2Rail Company Das Prinzip des Anti-CO2-Zuges
Die Bremsen müssen Energie liefern
Die Technologie hat jedoch noch einen zweiten Vorteil, berichtet ein Team um den Chemiker Geoffrey Ozin von der University of Toronto im Magazin Joule. Die Energie für den chemischen Filterprozess soll aus der Bewegung des Zuges selbst kommen, konkret aus den Bremsvorgängen. Obwohl das Prinzip des regenerativen Bremsens, also der Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie, schon lange bekannt ist, ist sein Potenzial noch lange nicht ausgeschöpft. „Das ist verschwendete Energie“, sagt Eric Bachman, Hauptautor der Studie und CEO der CO2Rail Company in Texas. “Jedes vollständige Bremsmanöver erzeugt genug Energie, um durchschnittlich 20 Haushalte an einem Tag mit Strom zu versorgen.”
Sein Unternehmen will im nächsten Jahr die ersten „Anti-CO2-Züge“ bauen. Die Waggons, die an aktuelle Kesselwagen erinnern, könnten an bestehende Züge angedockt werden, und die vorhandene Schieneninfrastruktur ist ideal, um zur Erreichung der Pariser Klimaziele beizutragen. „Man muss nur das nutzen, was bereits existiert“, sagt der Chemiker Geoffrey Ozin. Jeder durchschnittliche Güterzug könnte auf diese Weise jährlich bis zu 3.000 Tonnen CO2 aus der Atmosphäre entfernen: Bei Millionen Zugfahrten täglich um die Welt kommt man schnell in den Gigatonnenbereich. Da die Energie selbst erzeugt und nachhaltig erzeugt wird, sind die Kosten moderat: Experten haben mit 50 US-Dollar pro Tonne kalkuliert, andere Direct-Air-Capture-Technologien würden mit mehreren Hundert Dollar kalkulieren.
Zweite Technologie: umweltfreundliches Kerosin
In einer zweiten, ebenfalls im Fachblatt „Joule“ veröffentlichten Studie beschreiben Schweizer Wissenschaftler ein Experiment, bei dem sie Wasser, Sonnenlicht und CO2 nutzten, um umweltfreundliches Kerosin herzustellen. Möglich macht dies ein Solarreaktorturm, den das Team um den ETH-Ingenieur Stefan Zoller in Zusammenarbeit mit dem spanischen Energieforschungszentrum IMDEA in Madrid gebaut hat.
Insgesamt 169 bewegliche Spiegel um einen zentralen Solarturm reflektieren die spanische Sonne und bündeln die Strahlung in einem Loch von 16 Zentimetern Durchmesser. Dahinter befindet sich eine mit Cer verkleidete Reaktorkammer, eine seltene Erde. Cer reagiert in der Kammer mit Wasser und CO2. Dabei entsteht ein Synthesegas, das ein Modul am Fuß des Turms in Kerosin umwandelt. Besonders umweltfreundlich ist das Verfahren, so die Forscher, wenn der Luft zuvor das nötige CO2 angelagert wurde.
IMDEA Energy Das spanische Solarturmsystem
Das gewonnene Kerosin ist für die bestehende Luftfahrtindustrie geeignet, aber das Verfahren ist noch nicht effizient genug. Mit der aktuellen Konfiguration wandelt der Turm nur etwa vier Prozent der Sonnenenergie in Kerosin um. Den Forschern reicht das nicht: Sie wollen in späteren Schritten bis zu 15 Prozent Energieeffizienz erreichen.
Alternativen zu Rohöl und Biozerosität
Obwohl eine kommerzielle Nutzung noch nicht möglich ist, sieht ETH-Co-Autor und Ingenieur Aldo Steinfeld das Potenzial für eine «saubere» Luftfahrt: «Die Menge an CO2, die während eines Fluges ausgestoßen wird, ist die gleiche, wie wir sie verwenden, um Kerosin in einem Solarreaktor herzustellen, “, erklärt der Schweizer.“ Damit ist der Kraftstoff CO2-neutral. Vor allem, wenn wir CO2 verwenden, das direkt aus der Luft gewonnen wird.“
Das «grüne Petroleum» der Schweiz ist Teil einer Reihe ähnlicher Projekte, die weltweit durchgeführt werden. Im Emsland wird beispielsweise mit Hilfe von Windenergie CO2-neutrales Kerosin produziert. Der Technologiekonzern AVL baut in Graz eine Anlage zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Im kommenden Jahr soll die Produktion von klimaneutralen Treibstoffen beginnen, die auch in der Luftfahrt eingesetzt werden können.
Eine weitere Alternative ist Kerosin, das wie Altspeiseöl auf Biomasse basiert. Seit März 2022 fliegt Austrian Airlines teilweise mit umweltfreundlichem Treibstoff. Eine vollständige Umstellung ist noch nicht möglich. Denn Biokerosin ist aufgrund der geringen Nachfrage drei- bis fünfmal teurer als herkömmliches Kerosin.