Forskere ved ETH Zurich i Sveits har laget et soldrevet anlegg som produserer drivstoff av luft.

Test-anlegget fanger CO2 og vann fra lufta. Dette gjøres om til hydrokarboner, som parafin eller metanol. Parafin er velegnet som drivstoff i fly.

Drivstoff laget på denne måten vil være karbonnøytralt. Det betyr at når det brukes, slippes CO2-et som ble fanget ut igjen. Atmosfæren tilføres ikke mer CO2 enn det som var der fra før.

I en ny artikkel i det vitenskapelige tidsskriftet Nature demonstrerer forskerne mini-anlegget og vurderer mulighetene for oppskalering.

De mener at teknologien kan bli spesielt nyttig for å få ned utslipp fra flytrafikken.

Testet utendørs

Pilot-modellen er bygget på taket av høyskolen ETH Zurich. Et forskerteam ledet av professor i fornybar energi, Aldo Steinfeld, har operert sol-raffineriet de siste to årene.

Systemet trekker CO2 og vann direkte ut fra lufta. Molekylene splittes ved hjelp av solenergi og det dannes syntesegass, en blanding av hydrogen og karbonmonoksid (CO). Dette lages om til flytende metanol, parafin eller andre hydrokarboner.

I en pressemelding sier Steinfeld at de har demonstrert at prosessen er teknisk mulig. De klarte å få til en stabil produksjon utendørs med varierende vær.

Se hvordan anlegget virker i videoen under.

Norsk selskap vil starte produksjon

Forskerne i Sveits er ikke de eneste som jobber med å utvikle denne typen teknologi.

E-fuel er en fellesbetegnelse på syntetiske drivstoff som er laget ved hjelp av fornybar energi.

I Norge har selskapet Norsk e-fuel planer om å starte opp produksjon. Det første anlegget skal kunne lage 10 millioner liter syntetisk drivstoff i året og er planlagt satt i drift på Herøya i 2023, ifølge en artikkel fra Norsk klimastiftelse.

I begynnelsen skal CO2-en fanges fra industriutslipp, etter hvert er planen å gå over til å fange CO2 direkte fra luft.

– Spennende

Hans Aksel Haugen er sjefsforsker ved avdeling for prosessteknologi ved SINTEF.

Han synes de sveitsiske forskernes tilnærming er spennende.

– Dette høres fint ut, så må det gjøres grundige vurderinger før man kan si om dette er bedre eller dårligere enn andre måter å produsere e-fuel på.

– Det kommer an på hvordan miljøregnskapet blir over livsløpet og hvor mye alternative teknologier og alternative produksjonskjeder koster. Lavest mulig utslipp igjennom livsløpet det er det man må jakte på.

Energikrevende å omdanne CO2 og vann

Forskerne benytter seg av en termokjemisk reaksjon for å drive prosessen, altså varme. Andre har brukt fornybar elektrisitet for å spalte vann til hydrogen igjennom vannelektrolyse som et av stegene i prosessen, forteller Haugen.

En generell innvending mot syntetisk drivstoff er at det koster mye energi å gjøre om CO2 og vann til drivstoff. Det ville ha vært mer effektivt å lage elektrisitet til bruk i strømnettet eller til å lade batterier.

– Man taper ganske mye underveis. Hvis man skal få høyest mulig effektivitet, så er direkte bruk av strømmen det mest effektive.

Når det gjelder til bruk i fly mener Haugen at denne typen drivstoff likevel kan være nyttig for langdistanseflyvninger.

Et felt i vekst

Steffen Kallbekken er forskningsleder for klimaøkonomigruppen ved CICERO og forsker blant annet på virkemidler for å kutte utslipp fra luftfart.

Kallbekken sier at e-fuels eller syntetiske drivstoff til bruk i fly er et felt i sterk vekst.

– Det er blant annet fordi EU som en del av forslagene til Fit for 55-pakken har en ganske sterkt opptrappingsplan for det man kaller bærekraftig flydrivstoff. En viss andel skal være syntetisk drivstoff.

Tar tid å utvikle nye fly

Grunnen til dette er at det foreløpig er begrenset med andre muligheter for å få ned utslipp fra langdistanseflyvninger.

– Elfly kan komme, men en stor utfordring er at batteriene er veldig tunge foreløpig. Det blir kun mulig på mindre fly på kortere distanser i lang tid framover.

Fly drevet av hydrogen og brenselscelleteknologi er under utvikling.

– Det satses tungt blant annet av Airbus, men der må man designe nye fly helt fra bunnen av, noe som tar lang tid. Der er drivstoffet veldig mye lettere enn batteri, men det krever mye plass.

Man for seg at hydrogenfly kommer fra midten eller slutten av 2030-tallet.

– Det er også et stykke fram i tid og er heller ikke for langdistanse på en god stund.

– Da står vi igjen med at det man kan gjøre for å få ned utslippene fra luftfart, uten å kutte i antall reiser. Det er det man kaller bærekraftig flydrivstoff, i tillegg til effektivisering, sier Kallbekken.

32 milliliter

Det var ikke store mengder drivstoff som ble produsert på det sveitsiske test-anlegget. På en typisk dag ble det laget 32 milliliter eller 0,032 liter metanol.

– Flere komponenter i produksjonskjeden er ennå ikke optimalisert. Optimalisering er neste fase, forteller Steinfeld i et intervju publisert hos ETH Zurich.

Dersom teknologien optimaliseres og skaleres opp, kan det produseres drivstoff som kan erstatte fossilt drivstoff i fly, mener forskerne.

Egnet til å plasseres i ørkenområder

En fordel ved teknologien er at den kan plasseres i tørre områder. Biodrivstoff laget av planter kan også være karbonnøytralt. Men det krever landområder der det kunne vært naturlig skog eller landbruk.

De soldrevne anleggene vil trenge mye direkte sollys. De kan for eksempel bygges i Sør-Spania, Gobi-ørkenen i Kina eller i tørre områder i Australia, sier Anthony Patt, som har deltatt i forskningen i en artikkel på ETH Zurich.

Siden vannet hentes fra lufta, er det ikke nødvendig med en vannkilde i nærheten. Det er nok fuktighet i lufta, selv i ørkenområder, sier han.

Steffen Kallbekken i CICERO er enig i at det er positivt at produksjonen kan foregå på områder der det er mindre konkurranse og der utbygging ikke har like stor betydning for naturmangfold.

– Arealkonflikter kan bli en stor utfordring når vi skal løse klimaproblemet. Mange av løsningene kan komme i konkurranse med andre hensyn som biologisk mangfold eller natur og matproduksjon.

0,5 prosent av Sahara

Forskerne har regnet på hvor arealkrevende det ville være å forsyne luftfarten med syntetisk drivstoff laget med solenergi etter deres modell.

Et kommersielt anlegg kan for eksempel bruke ti felt med solspeil som hver samler 100 MW. Med en effektivitet på 10 prosent ville det kunne produsere 95.000 liter flydrivstoff om dagen. Det er nok til å drive et passasjerfly fra London til New York og tilbake, ifølge studien.

I 2019 ble det brukt 414 milliarder liter jetparafin i flytrafikken. For å tilfredsstille etterspørselen med drivstoff laget med solenergi ville det kreve et areal på 45.000 kvadratkilometer, som tilsvarer 0,5 prosent av Sahara-ørkenen, skriver forskerne.

Nødvendig med politiske tiltak

Det karbonnøytrale drivstoffet ville vært omtrent ti ganger så dyrt som vanlig flydrivstoff i starten. Men forskerne mener prisen vil synke til å bli omtrent det samme etter hvert som teknologien skaleres opp og utvikles.

Hvis det er ønskelig å ta i bruk denne typen drivstoff, anbefaler de å sette en kvote som sier at flyselskap skal bruke for eksempel 0,1 prosent drivstoff laget på fornybar energi. Det vil få fart på produksjonen, uten at kostnadene for å fly øker noe særlig. Senere kan kvoten økes.

EU med planer for bærekraftig flydrivstoff

Det er nettopp et lignende tiltak som foreslås i EUs grønne pakke kalt Fit for 55. Pakken er ikke vedtatt enda. Det foreslås en gradvis opptrappingsplan med krav om at fly skal ha en viss andel bærekraftig drivstoff på tanken.

Det starter på 2 prosent i 2025 og andelen skal gradvis økes til 63 prosent i 2050, forteller Steffen Kallbekken. 28 prosent skal da være syntetisk drivstoff. I starten vil det være mye biodrivstoff, ettersom kostnadene for syntetisk drivstoff foreløpig er høye.

Referanse:

Remo Schäppi, David Rutz, Fabian Dähler, Alexander Muroyama, Philipp Haueter, Johan Lilliestam, Anthony Patt, Philipp Furler & Aldo Steinfeld: «Drop-in Fuels from Sunlight and Air», Nature, 3. november 2021. Sammendrag.