Schwimmende Solarinseln

Riesige schwimmende Solarinseln auf dem Meer, die genügend Energie produzieren, um einen CO₂-neutralen globalen Güter­verkehr zu ermöglichen – was wie Science Fiction klingt haben Forscher der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts PSI, der Empa, der Univer­sitäten Zürich, Bern und der National Uni­versity of Science and Technology (NTNU) Trondheim nun erstmals durch­gerechnet.

Papier, Blechdosen, Glas – die Welt recycelt so viel wie nur irgendwie möglich. Warum also nicht auch das Treib­hausgas Kohlendioxid zum Recycling­produkt erklären? Denn flüssige Kraftstoffe auf Kohlenstoff­basis werden in Zukunft – trotz inter­nationaler Bestrebungen zu deren Senkung – nach wie vor eine wichtige Rolle spielen. So erscheint es sinnvoll, das ausgeschiedene CO₂ aus der Umwelt zurückzu­gewinnen und erneut zu nutzen. Das Forscherteam zeigt nun, das solare Methanol-Inseln langfristig genügend Treibstoff produzieren könnten, um weltweit die gesamte Mobilität CO₂-neutral zu gestalten.

Inmitten der Ozeane soll aus Solarenergie und Wasser Wasserstoff hergestellt werden, der dann vor Ort mit aus dem Meerwasser gewonnenen CO₂ zu Methanol umgewandelt wird. Dazu ana­lysierten die Forscher detailliert ein Szenario, das zwar noch rein hypothetisch scheint, aber bereits die Planungs­grundlagen für eine mögliche Umsetzung bietet. Ausgangs­punkt der Idee sind Solarinseln, also schwimmende Plattformen, ausgestattet mit Photovoltaik­anlagen. Da aber Solarstrom nicht gespeichert und von dort nur schlecht abtransportiert werden kann, macht ein Solar­kraftwerk auf dem Meer keinen Sinn. Allerdings kann man aus Kohlen­dioxid und Wasserstoff flüssiges Methanol, aber auch gasförmiges Methan herstellen. Die Ausgangsstoffe könnten also direkt aus dem Ozean gewonnen beziehungs­weise dort hergestellt werden.

Es existieren bereits großtechnische Power-to-Gas-Anlagen, die Wasserstoff und CO₂ zu Treibstoff umwandeln – unter anderem die Demonstrations­plattform „move“ auf dem Empa-Campus in Dübendorf. Doch die dafür benötigte Anlagen­fläche für eine weltweite Versorgung von Treibstoff wäre gewaltig. „Eine Fläche von rund 170.000 Quadrat­kilometern wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren“, erklärt Andreas Borgschulte von der Empa-Abteilung „Advanced Analytical Techno­logies“. Das ließe sich am ehesten durch Solaranlagen auf dem Meer realisieren; bislang ungenutzte Fläche, die niemandem gehört. Auch auf dem Meer kann man das CO₂ aus der Luft gewinnen; eine attraktive – und erst noch naheliegende – Alternative wäre aber, die rund 125-mal höhere CO₂-Konzentration des Meerwassers für die „Kohlen­dioxidernte“ auszunutzen.

In bestehenden Anlagen wird das aus der Atmosphäre gewonnene CO₂ meist zur Herstellung von Methan verwendet, was auch auf den Solarinseln möglich wäre. Im Rahmen ihrer Überlegungen entschieden sich die Forscher aller­dings für die Herstellung eines flüssigen Brennstoffs, da sich dieser besser trans­portieren lässt. Außerdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymer­herstellung. Die Möglich­keiten für dessen Verwendung und den damit erzielbaren Gewinnen sind also wesentlich höher.

Eine solche Methanol-Insel hat jedoch ihren Preis: Rund neunzig Millionen US-Dollar würde der Bau einer solchen Chemiefabrik auf dem Ozean kosten. Diese bestünde aus rund siebzig Photovoltaik­inseln mit einem Durchmesser von rund hundert Quadratmetern und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Synthese­anlagen. Insgesamt ergäbe dies eine Fläche von rund 550.000 Quadratmetern. Doch ein einzelner Cluster genügt bei weitem nicht, um eine Null-Bilanz von CO₂ zu erreichen. Insgesamt 170.000 solcher Inseln wären nötig, um so viel CO₂ zu recyceln, wie zurzeit ausgestoßen wird – ein utopisches Ziel, aber eines, das es sich zu verfolgen lohnt. „Große Ideen sind notwendig – Bullerbü-Lösungen versorgen nur Bullerbü, aber nicht den Rest der Welt“, so Borgschulte.

Empa / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  B. D. Patterson et al.: Renewable CO₂ recycling and synthetic fuel production in a marine environment, Proc. Nat. Ac. Sc., online 3. Juni 2019; DOI: 10.1073/pnas.1902335116
• Advanced Analytical Technologies, Empa, Dübendorf, Schweiz