SOLIFUEL-II – Solarreaktor-Technologie zur Herstellung von Drop-in-Treibstoffen aus H2O und CO2

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502552
• Projekttitel Englisch: SOLIFUEL-II – Solar Reactor Technology for the Production of Drop-in Fuels from H2O and CO2

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Dieses Projekt zielt auf dem Design, die Fabrikation und die experimentelle Demonstration eines optimierten Solarreaktorsystems zur Herstellung von Solartreibstoffen aus H2O und CO2 mit hohen Wirkungsgraden und Raten. Das System umfasst einen Solarreaktor, der mit einer Thermocline-basierten Speichereinheit zur Wärmerückgewinnung integriert ist. Der Solarreaktor besteht aus einem Kavität-Empfänger, der eine poröse Ceria-Struktur enthält, um Syngas durch Spaltung von H2O und CO2 über thermochemische Redoxzyklen zu erzeugen. Diese Ceria-Struktur weist eine 3D-gedruckte hierarchisch geordnete Topologie für eine effiziente volumetrische Strahlungsabsorption auf. Am High-Flux Solar Simulator der ETH wird ein 5-kW-Prototyp unter feldbetriebsrelevanten Bedingungen getestet. Dieses Projekt wird die technologische Reife und Wirtschaftlichkeit voran-treiben, indem es die Umwandlungswirkungsgrad von Solarenergie in Treibstoff erhöht.

Kurzbeschreibung (Englisch)

This project is aimed at the design, fabrication, and experimental demonstration of a superior solar reactor system for producing solar fuels from H2O and CO2 with high efficiencies and rates. The system encompasses a solar reactor integrated with a ther-mocline-based storage unit for heat recovery. The solar reactor consists of cavity-receiver containing porous ceria structure for producing syngas by co-splitting H2O and CO2 via thermochemical redox cycling. This ceria structure features a 3D-printed hierarchically-ordered topology for efficient volumetric radiative absorption. A 5 kW prototype will be fabricated and tested at ETH’s High-Flux Solar Simulator at conditions relevant to field operation. This project will advance the technological readiness and economic viability by increasing the solar-to-fuel energy conversion efficiency.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Ce projet vise la conception, la fabrication et la démonstration expérimentale d'un système de réacteur solaire supérieur pour produire des combustibles solaires à partir de H2O et de CO2 avec des rendements et des taux élevés. Le système comprend un réacteur solaire intégré à une unité de stockage à base de ther-mocline pour la récupération de la chaleur. Le réacteur solaire est constitué d'une cavité-récepteur contenant une structure d'oxyde de cérium poreux pour produire du gaz de synthèse par co-division de H2O et de CO2 via un cycle d'oxydoréduction thermochimique. Cette structure d'oxyde de cérium présente une topologie hiérarchique imprimée en 3D pour une absorption radiative volumétrique efficace. Un prototype de 5 kW sera fabriqué et testé sur le simulateur solaire à haut flux de l'ETH dans des conditions proches de celles du terrain. Ce projet fera progresser l'état de préparation technologique et la viabilité économique en augmentant le rendement de conversion de l'énergie solaire en carburant.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Technical, economic and environmental analysis of solar thermochemical production of drop-in fuels
C. Moretti, V. Patil, C. Falter, L. Geissbühler, A.Patt, A. Steinfeld; Science of the Total Environment 901 (2023) 166005
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166005

Solar-Driven Redox Splitting of CO2 Using 3D-Printed Hierarchically Channeled Ceria Structures
S. Sas Brunser, F. L. Bargardi, R. Libanori, N. Kaufmann, H. Braun, A. Steinfeld, and A. R. Studart, Adv. Mater. Interfaces 2023, 2300452
https://doi.org/10.1002/admi.202300452

Design and Optimization of Hierarchically Ordered Porous Structures for Solar Thermochemical Fuel Production Using a Voxel-Based Monte Carlo Ray-Tracing Algorithm
S. Sas Brunser and A. Steinfeld, ACS Engineering Au (2023)
https://doi.org/10.1021/acsengineeringau.3c00013