Treibstoff aus Sonnenenergie: Wie die SMS group und Synhelion die Metallindustrie revolutionieren wollen

Es klingt wie Science-Fiction: Das schweizerische Unternehmen Synhelion produziert flüssigen Treibstoff aus konzentrierter Sonnenenergie. 2016 gegründet, konnte die Firma in den letzten Jahren zahlreiche Investoren von sich überzeugen. Im August 2022 wurde das Verfahren erstmals erfolgreich in einer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen Demonstrationsanlage in Jülich präsentiert. Noch in diesem Jahr soll hier der industrielle Betrieb beginnen. METEC-Aussteller SMS group ist bereits seit November 2021 strategischer Partner von Synhelion. Grund genug, die Energie-Pioniere genauer unter die Lupe zu nehmen.

Synhelion ist das erste Unternehmen der Welt, das im industriellen Maßstab Synthesegas – ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid – ausschließlich mittels Sonnenenergie herstellt. Dazu wird in sogenannten Solartürmen Prozesswärme von über 1.500°C erzeugt. Aus dem Synthesegas lassen sich in chemischen Standardprozessen flüssige Treibstoffe synthetisieren, darunter Kerosin, Benzin oder Diesel. Der Clou: Alle Endprodukte sind mit gängigen Verbrennungsmotoren und Flugzeugtriebwerken kompatibel.

Synhelions „Solartreibstoffe" stellen damit eine klimaneutrale Alternative zu fossilen Brennstoffen dar. Darüber kann das Verfahren auch in industriellen Prozessen genutzt werden, womit es zur Dekarbonisierung der Metallindustrie beitragen könnte.

Synergie mit der SMS group

Die Hochtemperaturtechnologie bietet zahlreiche Synergien mit dem Portfolio der SMS group, die sich seit Langem mit der Dekarbonisierung der Stahl- und metallerzeugenden Industrie befasst. Der international tätige Konzern verfügt über ein umfangreiches Portfolio an Technologien, die grüne Energien nutzen oder erzeugen. Diese kommen vor allem in Stahlherstellungs- und Verarbeitungsprozessen zum Einsatz.

Daher schlossen Synhelion und die SMS Concast, ein Unternehmen der SMS group mit Sitz in Zürich, bereits im November 2021 eine strategische Partnerschaft. Die Verbindung lag nahe, denn Synhelion ist ein Spin-Off der ETH Zürich. Gemeinsam wollen die Firmen nun die Energietransformation der Metallindustrie aktiv mitgestalten. Im ersten Schritt investierte SMS Concast im Rahmen einer Kapitalerhöhung massiv in Synhelions Solartechnologie.

Dr. Philipp Furler, CEO und Gründer von Synhelion, sagte anlässlich der Bekanntgabe der Partnerschaft: „Die SMS group wird uns mit ihrem umfassenden Know-how im Anlagendesign und -betrieb sowie in der Umwelttechnik unterstützen. Gemeinsam werden wir die Kommerzialisierung unserer Technologie weltweit beschleunigen und unsere Lösungen, wie den thermischen Energiespeicher, für weitere Anwendungen in der Metallindustrie integrieren.“

Tim Ovelgönne, Corporate Development bei der SMS group und zuständiger Projektleiter, betonte das große Potential der vielseitig einsetzbaren Sun-to-Liquid-Technologie und bezeichnete die Investition als „wichtigen Schritt in der Dekarbonisierungsstrategie der SMS group."

Weltneuheit in Jülich

Mit den finanziellen Mittel der SMS will Synhelion noch in diesem Jahr ihre Produktionsanlage für solare Treibstoffe in Jülich im Regelbetrieb zu nutzen. Die Anlage deckt den gesamten Prozess ab: Von der Konzentration von Sonnenlicht bis hin zur Herstellung des synthetischen, flüssigen Treibstoffs. Die Infrastruktur stammt vom DLR-Institut für Solarforschung. Es betreibt die beiden Solartürme und ein knapp zehn Hektar großes Feld mit mehr als 2.000 beweglichen Speigeln (Heliostaten), die das Sonnenlicht einfangen und zu den Türmen lenken.

Nach eigenen Angaben kann Synhelion hier solare Treibstoffe zu einem Preis produzieren, der mit fossilen Energieträgern konkurrieren kann. Weitere finanzielle Unterstützung für den Bau erhält das Untenehmen vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

Insbesondere Sektoren wie die Luftfahrt setzen auf alternative Treibstoffe wie Wasserstoff oder synthetisches Kerosin. Denn der Langstreckenverkehr erfordert Energiedichten, die mit der heutigen Batterietechnologie nicht erreicht werden können. Flüssige synthetische Kraftstoffe können dies jedoch leisten, was sie zu einem idealen Energieträger macht.

Synthesegas zu Wasser- und Solartreibstoff

Wie genau funktioniert der Prozess? Das für die Treibstoffe benötigte Synthesegas ist eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid. Die Ausgangsstoffe für die Herstellung sind also lediglich Wasser und Kohlenstoff. Letzteres wird aus RED-II-zertifiziertem Kohlendioxid und Methan aus Bioabfällen gewonnen, damit eine saubere Produktion gewährleistet ist. Die Umwandlung der Ausgangsstoffe in flüssigen Treibstoff benötigt sehr viel Energie. Diese stammt aus einer einzigen erneuerbaren Quelle: der Sonne.

Die Sonnenstrahlung wird durch ein Spiegelfeld reflektiert, auf einen Receiver konzentriert und dadurch in Hochtemperatur-Prozesswärme umgewandelt. Diese Wärme wird einem thermochemischen Reaktor zugeführt, der Kohlendioxid und Wasser zusammen mit Biogas oder Erdgas in Synthesegas umwandelt. Das Synthesegas wird dann mithilfe einer klassischen Gas-to-Liquids-Technologie zu Benzin, Diesel oder Kerosin verarbeitet.

Überschüssige Wärme speist das System in einen thermischen Energiespeicher (TES) ein, der einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Mit dieser Technologie können in Zukunft also Wasserstoff und Kohlenmonoxid in verschiedensten Mengenverhältnissen hergestellt werden – von reinem Wasserstoff bis hin zum Synthesegas.

Sonnenlicht in der Metallindustrie

Wenngleich der Fokus des Unternehmens zunächst auf dem Mobilitätssektor liegt, soll das Verfahren auch auf andere Sektoren übertragen werden. Und hier kommt die SMS group ins Spiel: In der Metallurgie könnte die von der Sonne erzeugte Prozesswärme mit Temperaturen von über 1.500 °C zum Beispiel für energieintensive Anwendungen wie die Stahlerzeugung genutzt werden. Die Wärme ließe sich zudem in sämtlichen Prozessstufen direkt an das Metall übertragen oder zur Erzeugung von Wasserstoff verwenden.

„Wir haben das Potenzial des innovativen Prozesses sofort erkannt. Über die solaren Treibstoffe hinaus bietet die Technologie viele Anwendungsmöglichkeiten in der Stahlindustrie. Sie trägt dazu bei, den grünen Wandel und damit die Entwicklung hin zu einer CO2-neutralen und nachhaltigen Metallindustrie voranzutreiben“, sagte Dr. Stephan Feldhaus, CEO von SMS Concast.

Auf dem Weg in eine emissionsfreie Zukunft

Im Februar wurde bekannt, dass Synhelion in den USA an einem Projekt zur fossilfreien Zementherstellung beteiligt ist. Die Regierung in Washington D.C. unterstützt das Projekt mit 3,2 Millionen US-Dollar. Auch in der Zementindustrie kommen fossile Brennstoffe in großem Umfang zum Einsatz, die durch konzentrierte solarthermische Energie ersetzt werden können.

Die Anwendungsfelder sind also sehr vielseitig. Die Synhelion-Anlage in Jülich könnte in die Geschichte eingehen, wurde hier doch zum ersten Mal überhaupt Synthesegas aus reiner Solarenergie erzeugt. Und die Metallurgie- und Wärmebehandlungsbranche darf gespannt sein, welche Innovationen die Kooperation zwischen SMS group und Synhelion noch hervorbingen wird.

Weitere Informationen zur SMS group und Ihrer Kooperation mit Synhelion erhalten alle Interessierten auf der METEC. Zu finden ist das Unternehmen in Halle 1 / E40-41.