Eine wesentliche Option zur Dekarbonisierung der Luftfahrt ist der Einsatz synthetischer Kraftstoffe, die in Sunlight- oder Power-to-Liquid-Prozessen hergestellt werden. Direct-Air-Capture(DAC)- Technologien ermöglichen, CO2 aus der Umgebungsluft abzuscheiden und als ergiebige und nachhaltige Kohlenstoffquelle für die Kraftstoffproduktion zu nutzen. Um dies wirtschaftlich tragbar umzusetzen, bedarf es einfach skalierbarer und energieoptimierter Lösungen.
Das Bauhaus Luftfahrt untersucht Zukunftsperspektiven eines wachsenden Spektrums von DAC-Technologien, die im Labormaßstab bis hin zu ersten Pilotanlagen erprobt werden. Ansätze unterscheiden sich in der Wahl des Sorptionsmittels (flüssig oder fest) und der Form der CO2-Bindung sowie der benötigten Energie zur anschließenden Freisetzung (meist unter Wärmezufuhr bei variierenden Temperaturniveaus).
Das Bauhaus Luftfahrt hat technologiespezifische Hebel aufgezeigt, um den thermischen und / oder elektrischen Energiebedarf maßgeblich zu senken sowie die Produktivität zu optimieren. Es wurde etwa das Potenzial für Wärmeintegration mit dem exothermen Kraftstoffherstellungsprozess als grundlegender Vorteil von Niedertemperaturansätzen quantifiziert.
Zudem umfassen identifizierte material- und prozessseitige Stellschrauben z. B. die CO2-Adsorptionskinetik, die Selektivität sowie den Wärmetransfer. Perspektiven für geringeren Energiebedarf eröffnen auch neuere elektrochemische Ansätze, die keine thermische, sondern nur elektrische Energie benötigen.
Als Kernergebnis resultiert daraus, dass aufgezeigte Technologieoptionen die Effizienz einer DAC-basierten Kraftstoffproduktion signifikant verbessern könnten. Diese Erkenntnisse fließen in integrierte, techno-ökonomische Potenzialstudien und Ökobilanz-Betrachtungen ein, um Entscheidungen bezüglich nachhaltiger Kraftstoffstrategien zu unterstützen.
Prinzip der sorptionsbasierten CO2Gewinnung aus der Luft (schematische Darstellung)
Umgebungsluft wird zum Sorptionsmittel geleitet, welches das enthaltene CO2 bindet. Anschließend wird dieses meist unter Wärmezufuhr wieder abgetrennt, und ein neuer Zyklus beginnt.
Energiebedarf verschiedener DACAnsätze
Perspektiven, den Energiebedarf stark zu senken, eröffnen Wärmeintegrationsoptionen für Niedertemperatur-DAC. Auch elektrochemische Ansätze geringeren Reifegrades sind vielversprechend.
Energiebedarfe im Vergleich (kurzfristige Perspektive)
Der Anteil der DAC am Gesamtenergiebedarf von Power- to-Liquid-Prozessen beträgt etwa 30 %. Für eine effiziente DAC-basierte Kraftstoffproduktion sind (vollends) energieoptimierte Lösungen somit essenziell.
Ebner, K., & Koops, L. (2021). Health Monitoring, Fault Diagnostics, and Failure Prediction for Fuel Cells in Aviation. 11th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space. Virtual event.
Ebner, K., & Koops, L. (2022). Potentials of Prognostics and Health Management for Polymer Electrolyte Fuel Cells in Aviation Applications. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Manuscript accepted for publication. doi:10.1108/AEAT-01-2022-002