Het Zwitserse bedrijf Synhelion slaagt erin om zonder emissie olie te produceren uit zonlicht en CO2. Sun-to-liquid heet de toegepaste methode die moet resulteren in duurzame vliegtuigbrandstoffen.


De start-up Synhelion heeft afgelopen maand een eerste industriĂ«le demonstratie-installatie in werking gesteld. DAWN, zoals de installatie heet, staat in het onderzoekscentrum Brainergy Park in het Duitse JĂŒlich. Ze moet op jaarbasis enkele duizenden liters CO2-neutrale, synthetische ruwe olie produceren. Dat zijn nog geen hoeveelheden waar de luchtvaartsector iets mee kan, maar het is een eerste stap. 


Heliostatische spiegels

Aan de voet van een twintig meter hoge toren spreidt zich een vijftienhonderd vierkante meter groot veld uit vol heliostatische spiegels die met de zon meedraaien. De spiegels concentreren het reflecterende zonlicht in een opening bovenaan de toren.

In deze solar receiver ontstaat door gebruikmaking van het broeikasgas-effect een hitte van vijftienhonderd graden Celsius. De zwartgekleurde holte is daartoe gevuld met een mengsel van CO2 en H2O dat in wisselwerking met het zonlicht en de donkere kleur continu hitte produceert en absorbeert.



Syngas

Het extreem verhitte broeikasgas (vijftienhonderd graden Celsius dus) dient vervolgens als heat transfer fluid (gHTF) voor de proceshitte. Het HTF circuleert in een gesloten kringloop door de toren, met bovenaan de verhitting in de solar receiver en onderaan de inzet van de hitte in een thermochemische reactor.

Met deze hoge-temperatuur-proceshitte wordt hier syngas geproduceerd uit een mengsel van duurzame biomassa, CO2 en water. Het syngas gaat vervolgens naar een standaard gas-to-liquid installatie voor de omzetting in syncrude, synthetische ‘ruwe olie’ die in bestaande raffinaderijen verwerkt kan worden.


24 uur per dag

De solar input van de spiegels bedraagt zeshonderd kilowatt. Om de installatie ook bij nacht en bewolking draaiende te houden is in het bovenste gedeelte van de toren een hitte-opslagreservoir geplaatst, de Thermal Energy Storage (TES).

Overdag warmt de HTF-loop de TES op naar pakweg vijftienhonderd graden. Na zonsondergang beweegt het HTF in omgekeerde richting, en wordt de vloeistof in de HTF-buis door de TES verhit. Zo kan de installatie 24 uur per dag en zeven dagen per week draaien.
 

Van zonlicht brandstof maken: de extreme hitte van de zon, gecombineerd met broeikasgassen, resulteert in deze proefinstallatie in synthetische olie. 

 

Duurzame vliegtuigbrandstof

Synhelion werd in 2016 opgericht door de natuurkundig ingenieur Gianluca Ambrosetti. Hij bundelde in dit bedrijf de kennis die bij vergelijkbare heliostatische zonne-energieprojecten aan de Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) in ZĂŒrich en aan het onderzoekcentrum in JĂŒlich aanwezig waren om gezamenlijk een economisch haalbare, duurzame vliegtuigbrandstof te ontwikkelen. DAWN moet het bewijs leveren dat dat lukt.


Een miljoen ton per jaar

Wanneer de DAWN-installatie heeft bewezen dat er op industriële schaal syncrude kan worden geproduceerd, start Synhelion in 2025 met de bouw van een commerciële installatie in Spanje. Die krijgt een capaciteit van duizend ton syncrude per jaar.

In 2033 volgt een wereldwijde uitrol naar één miljoen ton op jaarbasis, zo is nu het plan.


Verwaarloosbare CO2-afdruk

Synhelion zet zijn zinnen op de verovering van de markt voor duurzame vliegtuigbrandstof (SAF). De sun-to-liquid-productie levert met syncrude het voorproduct voor synthetische kerosine dat in bestaande vliegtuigmotoren is in te zetten.

Het is bovendien stukken goedkoper dan Power-to-Liquid e-fuels uit duurzame elektriciteit, en het heeft een bijna verwaarloosbare CO2-voetafdruk. Geldschieters Swiss International Airlines, een dochteronderneming van Lufthansa, en Pilatus Aircraft Ltd. staan als eerste gebruikers in de wacht.
 

Klik op de figuur voor een vergrote afbeelding.



Net-zero transportsector

Synhelion heeft het ambitieuze doel om in 2040 aan de helft van de wereldwijde SAF-vraag te voldoen. 'In 2050', zo valt op de website te lezen, 'speelt Synhelion een hoofdrol in de net-zero transportsector'.

Uit syncrude valt immers in een raffinaderij niet alleen kerosine, maar zijn ook diesel, benzine en andere olie-derivaten te maken.

 

CO2-neutraal cement
Synhelion werkt parallel aan andere toepassingen voor zijn hoge temperatuur zonlicht-convectietechnologie. Sinds 2019 werkt de start-up samen met CEMEX uit Mexico, ’s werelds op Ă©Ă©n na grootste cementproducent, om een CO2-neutrale cementfabriek te bouwen. De heliostatische hittebron van Synhelion verhit het HTF naar vijftienhonderd graden. Onderaan de toren zorgt dit HTF in gasvorm voor het sinteren van het kalkstof-mengsel: het mengsel wordt door verhitting en druk in een vaste vorm gemodelleerd. De CO2 die bij dit proces ontstaat, mengt zich met het HTF-gas en kan uit de HTF-loop worden afgevangen. In 2023 is het de partners gelukt om op industriĂ«le wijze en - dankzij de hitteopslag in de TES - in continu bedrijf CO2-neutrale klinker te produceren. Klinker is het voorproduct van allerlei cementsoorten. Synhelion en CEMEX hebben 3,2 miljoen dollar subsidie gekregen om samen met het Amerikaanse Sandia National Laboratory in Albuquerque het carbon capture-proces voor een commerciĂ«le installatie efficiĂ«nter en goedkoper te maken. Dan kan de massaproductie van CO2-neutraal zonnecement beginnen.


Tekst: Judith Stalpers
Foto's: Synhelion