SOLAR-JET

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Offline -eumel-

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SOLAR-JET
« am: 19. Mai 2014, 03:02:17 »
Flugzeuge und viele Raketen-Triebwerke nutzen Kerosin als Treibstoff.
Kerosin wird aus Erdöl gewonnen und als Energiequelle in den Triebwerken verbrannt.
Dabei entsteht vor allem CO2 und Wasserdampf - und eben die nutzbare Energie.

Allerdings auch Probleme:
Das Erdöl wird bald alle und das angehäufte CO2 wird die Lebensbedingungen auf unserem Planeten negativ verändern.

Stellt sich also die Frage: Kann man diesen Prozess auch umkehren?:
Aus CO2, Wasser und Energie wieder Kerosin herstellen?

Die EU fördert dazu das Projekt SOLAR-JET, an dem sich mehrere Forschungsinstitute beteiligen (ETH Zürich, Bauhaus Luftfahrt, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ARTTIC und Shell Global Solutions).

Ende April 2014 wurde der gesamte Produktionsprozess erstmals komplett durchgeführt:
Sonnenlicht + Wasser + CO2 = Kerosin.



Der thermochemische Prozess erfordert hohe Temperaturen.
Dazu wird von einem Spiegel gebündeltes Sonnenlicht in einen Solarreaktor geleitet.
Dort wird ein Metalloxid, welches als Katalysator dient, auf bis zu 2000°C aufgeheizt und dabei reoxidiert.
Dabei entstehen Metall-Ionen und Sauerstoff-Ionen, die mit den zugeführten Wasser und CO2 reagieren.
Das resultierende Synthesegas beinhaltet Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid in reinster Form,
welches anschließend im Fischer-Tropsch-Verfahren zu Kerosin verarbeitet wird.

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/medien/medienmitteilungen/2014/04/solarjet.html

https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/news/medienmitteilungen/2014/PDF/140428_MM_solar_jet.pdf

http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-10119/#gallery/14479

Offline TWiX

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #1 am: 19. Mai 2014, 10:03:50 »
Interessanter Ansatz, nicht nur für ökologische Ansätze, sondern auch für eine interplanetare Tankstelle für (halbwegs) lagerfähige Treibstoffe  :)
Nee, aber mal im Ernst: ich schätze, die Zukunft wird eher anderen Energieträgern gehören, sowohl in der Raumfahrt als auch auf der Erde.
Aktuelle Meldungen aus Raumfahrt und Astronomie: www.raumfahrer.net

McFire

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #2 am: 19. Mai 2014, 10:46:48 »
Muß man freilich eine Stelle finden, wo es geeignete (!) Metalloxide in abbaufähiger Form gibt und - Wasser. Und reichlich Sonne. Wird als grad noch auf dem Mars gehen. Später. Sehr spät....

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #3 am: 19. Mai 2014, 12:38:29 »
Ich habe das nicht so verstanden, dass der Katalysator (die Metalloxide) dabei verbraucht wird.

Zunächst scheint es bei diesem Projekt erst mal um Treibstoff-Herstellung für Flugzeuge zu gehen.
Es wäre schon gut, wenn man am Ende des Erdöls eine Alternative parat hat.
Und diese Alternative, bei der gleich das überschüssige CO2 verarbeitet (abgebaut) wird,
erscheint besonders günstig und umweltfreundlich - ein echtes Recycling!
Als nächstes wird sich zeigen müssen, ob eine wirtschaftliche Industrieproduktion möglich ist.

Aber auch für die Raumfahrt dürfte dieses Verfahren interessant sein.
Die dünne Mars-Atmosphäre besteht zu 95% aus Kohlenstoffdioxid und Wasser ist offenbar auch vorhanden.
Für das Sonnenlicht wird man etwas größere Spiegel brauchen, aber es ist ebenfalls vorhanden.
Die Apparaturen nebst Katalysator müssten freilich angeliefert werden.

Man muss sehen, was günstiger ist.
Eine Treibstoff-Lieferung von der Erde würde jedenfalls sehr teuer.
Außerdem bietet die Treibstoff-Produktion vor Ort auf dem Mars eine gewisse Unabhängigkeit.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #4 am: 19. Mai 2014, 13:00:49 »
Wird als grad noch auf dem Mars gehen. Später. Sehr spät....

Raumfahrer werden vom Mars wieder zurückkehren wollen.
Bis dahin könnte das schon klappen, wenn man weiter daran arbeitet.

Re: SOLAR-JET
« Antwort #5 am: 19. Mai 2014, 15:25:40 »
Ich denke nicht, daß dieses Verfahren für den Mars gut geeignet ist. Methan kann einfacher hergestellt und genutzt werden, als Treibstoff sowohl für Raketentriebwerke als auch für Verbrennungsmotoren. Für die Erde ist es nur deshalb interessant, weil sehr viele Motoren aller Art vorhanden sind, die Kerosin nutzen.
„Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben. Das Sonnensystem wird unser Kindergarten.“ K. E. Ziolkowski

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Stolzer Träger einer Raumconverwarnung wegen Schreibens unbequemer Wahrheiten.

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #6 am: 19. Mai 2014, 16:12:57 »
Ich denke nicht, daß dieses Verfahren für den Mars gut geeignet ist. Methan kann einfacher hergestellt und genutzt werden, als Treibstoff sowohl für Raketentriebwerke als auch für Verbrennungsmotoren. Für die Erde ist es nur deshalb interessant, weil sehr viele Motoren aller Art vorhanden sind, die Kerosin nutzen.

Was Treibstoffe angeht, stimme ich zu. Aber auch als Chemierohstoff werden längerkettige Kohlenwasserstoffe gebraucht. Die Produktion aus Methan ist bisher nur labormäßig möglich, nicht technisch. Es wird zwar dran gearbeitet, aber etwas wie SOLAR-JET könnte durchaus die effizientere Methode sein. Das wird man feststellen müssen, es ist gut Alternativen zu haben.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #7 am: 19. Mai 2014, 16:13:09 »
Zumindest ließe sich auch Kerosin als Alternative herstellen.

Für Kerosin gibt es ja sogar Triebwerke!
Für Methan müsste man endlich mal Triebwerke entwickeln, produzieren, anpassen, bewähren...
Was das erst kostet! ;) ;D

Re: SOLAR-JET
« Antwort #8 am: 19. Mai 2014, 16:30:24 »
Als chemischer Rohstoff ist es interessant, natürlich. Abdeckfolien für marsianische Gewächshäuser fallen mir da auf die Schnelle ein.

Was die Methantriebwerke angeht, die gibts schon bzw. werden bereits entwickelt. Ist sicher einfacher, als eine komplexe chemische Industrie auf dem Mars aufzubauen, die Kerosin in großen Mengen herstellen kann. Was das erst kostet. ;)  ;D

Zurück zur Anwendung auf der guten alten Erde. Wenn die Fördermenge sinkt und der Ölpreis steigt werden solche Verfahren rentabel. Dies dürfte wohl nicht mehr allzulange dauern. Da die Menschheit offenbar nicht so schnell gewillt ist, von Öl(erzeugnissen) verbrennenden Motoren Abstand zu nehmen, dürfte es auch genügend Kundschaft geben.
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McFire

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #9 am: 19. Mai 2014, 16:33:58 »
@-eumel-
Naja ich hatte das eher als katalytisch wirkenden Reaktionspartner verstanden. Das Zeug wird ja gespalten und geht Verbindungen ein. Ein Katalysator dagegen ist für mich ein Stoff, der zwar anwesend sein muß, aber nicht oder fast nicht verbraucht wird.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #10 am: 19. Mai 2014, 16:45:30 »
So habe ich das aber verstanden.

Zitat von: DLR
Der dazu eingesetzte thermochemische Prozess besteht aus zwei Schritten. Zunächst spalten die Wissenschaftler in einem an der ETH Zürich entwickelten Solarreaktor ein Metalloxid, das als Katalysator dient, in Metall- und Sauerstoff-Ionen. Die dazu benötigten hohen Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius können beispielsweise mit Hilfe von Solarreceivern erzeugt werden, welche die natürliche Sonnenstrahlung auffangen und konzentrieren. Dann leiten die Forscher Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf durch den Solarreaktor. Beide reagieren mit den Metall- und Sauerstoff-Ionen und es entsteht ein Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid mit jeweils sehr hohem Reinheitsgrad.
Quelle DLR

tobi

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #11 am: 19. Mai 2014, 16:46:11 »
Der Wirkungsgrad ist unterirdisch, meine ich gelesen zu haben. Irgendwas von <10%.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #12 am: 19. Mai 2014, 16:51:31 »
Wie wurde denn der Wirkungsgrad berechnet?
Wieviel kostet Sonnenlicht?

Treibstoff oder nicht Treibstoff?
wird die Frage sein, wenn das Erdöl alle ist.

Auf dem Mars ist es schon alle. 8)

Führerschein

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #13 am: 19. Mai 2014, 17:06:43 »
Der Wirkungsgrad ist unterirdisch, meine ich gelesen zu haben. Irgendwas von <10%.

Ich glaube, 10% wären gar nicht so schlecht. Das wäre von Sonnenlicht, CO2 und H2O zu Kerosin. Ich fürchte aber, Gewinnung von ziemlich reinem CO2 auf der Erde kostet auch noch. Wieviel Aufwand ist die Komprimierung der Atmosphäre auf dem Mars, oder könnte man mit Gas bei niedrigem Druck arbeiten?

Für den Weg über Methan müßte zuerst Strom für Elektrolyse erzeugt werden. Man braucht also Solarpaneele im Vergleich zu Spiegeln. Real sind da 30% schon optimistisch, man darf keine Laborwerte einsetzen, wie sie immer wieder genannt werden. Elektrolyse zur Wasserstoffgewinnung ist auch ncht so besonders hoch im Wirkungsgrad, vielleich real 70%. Da ist man schon bei 21%. Dann noch Methan von Wasserstoff und CO2 und dann höherkettige Kohlenwasserstoffe, auf dem Weg geht auch noch einiges verloren.

Man wird einiges an Überlegung reinstecken müssen, um die Prozesse zu vergleichen.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #14 am: 20. Mai 2014, 00:06:14 »
Ich fürchte aber, Gewinnung von ziemlich reinem CO2 auf der Erde kostet auch noch.

Nun, vielleicht könnte man verschiedene Projekte verknüpfen.

Wir können nicht so weiter machen, unsere Atmosphäre bedenkenlos mit CO2 zu vergiften.
Wir müssen unseren Dreck wegräumen oder recyclen, auch wenn der Wirkungsgrad dabei nicht günstig ist.
Deshalb gibt es staatlich geförderte Projekte, die den täglichen CO2 Ausstoß reduzieren sollen.

Eines dieser Projekte betrifft die Kohlekraftwerke, die einen beträchtlichen Anteil am CO2 Ausstoß haben.
Das CO2 soll aus dem Rauchgas abgeschieden und in konzentrierter Form endgelagert werden.
Als mögliche CO2-Lager kommen leergeförderte Erdöl- und Erdgaslagerstätten sowie tiefe Salzwasser führende Grundwasserleiter (Aquifere) in Betracht.
Auch eine Endlagerung in der Tiefsee ist möglich.
Die Risiken einer solchen Tiefen-Entsorgung sind nicht klar zu erkennen.
Es gibt bedenken, dass das CO2-Gas wieder einen Weg nach oben findet und unkontrolliert in die Atmosphäre gelangt.

Da erscheint es doch zweckmäßiger, aus diesem CO2 Kerosin zu erzeugen, bevor man es risikoreich in die Tiefe pumpt.

http://de.wikipedia.org/wiki/CO2-Abscheidung_und_-Speicherung   

http://www.europarl.europa.eu/sides/getDoc.do?language=DE&reference=20080513STO28752

Führerschein

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #15 am: 20. Mai 2014, 08:28:39 »
Nun, vielleicht könnte man verschiedene Projekte verknüpfen.

Wir können nicht so weiter machen, unsere Atmosphäre bedenkenlos mit CO2 zu vergiften.
Wir müssen unseren Dreck wegräumen oder recyclen, auch wenn der Wirkungsgrad dabei nicht günstig ist.
Deshalb gibt es staatlich geförderte Projekte, die den täglichen CO2 Ausstoß reduzieren sollen.

Eines dieser Projekte betrifft die Kohlekraftwerke, die einen beträchtlichen Anteil am CO2 Ausstoß haben.
Das CO2 soll aus dem Rauchgas abgeschieden und in konzentrierter Form endgelagert werden.
Als mögliche CO2-Lager kommen leergeförderte Erdöl- und Erdgaslagerstätten sowie tiefe Salzwasser führende Grundwasserleiter (Aquifere) in Betracht.
Auch eine Endlagerung in der Tiefsee ist möglich.
Die Risiken einer solchen Tiefen-Entsorgung sind nicht klar zu erkennen.
Es gibt bedenken, dass das CO2-Gas wieder einen Weg nach oben findet und unkontrolliert in die Atmosphäre gelangt.

Da erscheint es doch zweckmäßiger, aus diesem CO2 Kerosin zu erzeugen, bevor man es risikoreich in die Tiefe pumpt.

Langfristig will man aber ganz weg von fossilen Brennstoffen. Auffangen kann man das CO2 nur bei sehr großen stationären Anlagen. Man müßte das CO2 dafür dann aus der Luft holen. Aber so weit sind wir noch lange nicht.

Das CO2 von Kraftwerken nutzen wäre ein großer Schritt in die richtige Richtung.

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Offline -eumel-

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #16 am: 22. Mai 2014, 15:55:00 »
SOLAR-Jet Projektseite

Am DLR Stand auf der ILA in Berlin wird der Sonnenreaktor für SOLAR-Jet vorgestellt.
Spiegel-Redakteur Christoph Seidler hat einen Artikel dazu:

http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/solar-jet-forscher-wollen-kerosin-aus-co2-und-sonnenlicht-herstellen-a-970662.html

McFire

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #17 am: 22. Mai 2014, 23:07:28 »
Kommt noch ein bissel Text dazu, hab mit den Leuten ein Weilchen gesprochen....

McFire

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #18 am: 23. Mai 2014, 19:44:09 »
So, nachdem ich mich nun auf der ILA lange mit einem der Entwickler unterhalten hatte, bin ich nun schlauer. Keine Angst, in die winzigen Details, die mich als Techniker noch so interessierten, gehe ich nicht.
Der hier zitierte Spiegel-Artikel (und auch andere im Medienwald) sind sehr vereinfacht. Und Texte wie "Kerosin aus Sonnenlicht" sind einfach Sensationshascherei für den Pöbel, für den uns die Medien sowieso halten, und der natürlich jetzt noch fester aufs Gas tritt, denn man kann ja nun..........
Das Video auf DuRöhre zeigts im Prinzip richtig, nur ein bissele hastig.

Es funktioniert also so :
Es gibt keinen Katalysator, sondern eine zylindrische Reaktorkammer aus CerOxid, das in Keramikform gebracht mechanisch stabil genug ist, auch noch bei 1500°C .
Bei dieser Temperatur gibt das CerOxid zwangsweise einen Teil des Sauerstoffs ab. Nachdem dieser Prozeß lange und durchgreifend genug gedauert hat, wird die Temperatur abgesenkt auf ca 800°C. Jetzt ist das CerOxid wieder in der Lage, Sauerstoff zwecks Erreichen einer stabileren Molekül-Konfiguration zu binden. Das geschieht dann auch so heftig, daß andere Verbindungen gespalten werden können, um ihnen den Sauerstoff zu "entreißen". Zum Beispiel CO2 und/oder H2O. Woraus dann CO und H2 entsteht. Man kann also durchaus auch reinen Wasserstoff gewinnen.
Im Plan ist jedoch vorerst die Gewinnung von Kerosin. Im Fischer/Tropsch Prozeß wird also anschließend allerhand höhermolekulares Zeug synthetisiert (z.B. auch Wachs). Noch kein Kerosin! Das wird mit Kracken, Filtern ua. Methoden daraus dann gewonnen.

Zum Wirkungsgrad:
Der wird freilich nicht so bleiben können. Aber man ist ja noch in der Entwicklung und sieht verschiedene Möglichkeiten zur Steigerung.
U.a. ist der Sauerstoffzyklus im Reaktor noch nicht perfekt. Die Strahlführung bedarf auch weiterer Experimente. Die schien mir z.B. viel zu kompliziert und muß zwangsläufig zu einer weiteren Ursache für den schlechten Wirkungsgrad führen - nämlich die Prozeßwärme der Apparatur nicht zu verlieren.
Die Stabilität des CerOxids dagegen war besser als erwartet. Es gibt einen kleinen Abfall bei einem neuen Reaktor, dann bleibt das Umsetzungsverhältnis stabil (über vorerst 200 Zyklen). Das ist ja schon ganz schön.
Es werden auch andere Oxide getestet. Problem dabei ist meist, das dann in eine mechanisch stabile aber trotzdem reaktionsfreudige Keramik zu verwandeln.
Naja, ein Zweistufenprozeß hat freilich seine Nachteile, auch bei Sonne umsonst. Ich hab deshalb vorgeschlagen, zwei Apparaturen zu verwenden. Entweder am Fokus zu verschieben oder den Spiegel zu kippen. Wobei ich Spiegel kippen gleich als ungünstiger bezeichnet habe. Es scheint ja einfach zu sein - aber wer will, kann sich mal den Strahlengang in Fokus- und Reaktornähe beim Kippen aufmalen. Und die Brennweite viel länger machen, bringt aber wiederum Verluste. Man muß ja später mal mit größeren Spiegeln arbeiten und darf aber nicht "versehentlich" die halbe Apparatur bestrahlen. Sondern muß möglichst in die Kammer treffen. Das Verhältnis Reaktoröffnung zu Spiegelgröße kann ja auch nur günstigstenfalls 1:20 bis 1:30 sein. Also zwei Reaktoren präzise hin und her zu schieben, scheint mir einfacher, die Gaszufuhr dabei zu gewährleisten, ist heutzutage wohl lösbar.

Es gab auch noch solche interessanten Dinge wie z.B., daß sie mit Mühe und Not in Zürich die Erlaubnis bekommen haben, gefährliche Gase zu komprimieren. Sind ja kein dafür zertifizierter Betrieb. Aber sie müssen die Gase ja irgendwie nach Hamburg (!) zu Shell bekommen, wo man unter kontrollierten (!) Bedingungen die Synthese sowie  eben auch entsprechende Messungen und Nachweise durchführen kann.

Immerhin - es hat funktioniert !

Woraus sich für mich freilich einige Gedanken ergeben, die ich dort aber nicht erörtert habe.

Jedenfalls hat das Dingelchen genug Potential, irgendwann für politischen und schlimmeren Aufruhr zu führen.
Ja natürlich, da braucht man sich jetzt noch keinen Kopp nich machen ;)

Führerschein

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #19 am: 23. Mai 2014, 20:14:06 »
Interessant, danke für den Bericht.

Ich nehme an, nach der Erhitzung, die den Sauerstoff freisetzt, muß man den erst entfernen, bevor man Wasser zusetzt, sonst würde der Sauerstoff ja hinterher wieder mit dem Wasserstoff reagieren. Also ein nicht kontinuierlicher Prozess.

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Offline HausD

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #20 am: 23. Mai 2014, 20:18:51 »
Hallo McFire,
Das Video auf DuRöhre zeigts im Prinzip richtig, nur ein bissele hastig.
Dazu würde mich der Link interessieren...
Im Fischer/Tropsch Prozeß wird also anschließend allerhand höhermolekulares Zeug synthetisiert (z.B. auch Wachs). Noch kein Kerosin! ...
Aus meiner persönlichen Erfahrung in einem ehemaligen, großen Hydrierwerk:
Die Anlagenfahrer der Synthese-Kolonne (Reineisen, 400°C Elt.Hzg. 4V aber 10 kA, Teer + H2 mit 300atü) wurden eingesetzt, was gerade gebraucht wurde. Entweder Rein-Parafin oder relativ leichter Benzin - aber von Kerosin habe ich auch nichts gehört ...
...Immerhin - es hat funktioniert ! 
... und mich hats gefreut!

Gruß, HausD

McFire

  • Gast
Re: SOLAR-JET
« Antwort #21 am: 23. Mai 2014, 20:51:12 »
Interessant, danke für den Bericht.

Ich nehme an, nach der Erhitzung, die den Sauerstoff freisetzt, muß man den erst entfernen, bevor man Wasser zusetzt, sonst würde der Sauerstoff ja hinterher wieder mit dem Wasserstoff reagieren. Also ein nicht kontinuierlicher Prozess.

Richtig, auf keinen Fall. Denn die 2 Grobstufen muß man ja eigentlich noch unterteilen. Z.B. eben auch in die Sauerstoffentfernung. Wobei sie den natürlich "retten" wollen. Was aber vorläufig die Anlage noch nicht zuläßt.
Ansonsten - ich hätt noch vielmehr fragen können und auch sollen, aber nun ja...  ;)

McFire

  • Gast
Re: SOLAR-JET
« Antwort #22 am: 23. Mai 2014, 20:55:36 »
Hier noch der Link zum Video - muß man halt unten rechts nochmal auf YT klicken
Und das mit dem fertigen Fuel aus Fischer/Tropsch nicht so ernst nehmen ;)

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Offline HausD

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Re: SOLAR-JET
« Antwort #23 am: 23. Mai 2014, 23:00:27 »
Hier noch der Link zum Video - ...

Danke, HausD