利用太陽能生產航空燃料

科學家設計了一種利用水、二氧化碳和陽光生產航空燃料的燃料生產系統。他們已經在實踐中應用了該系統，該設計有助航空業實現碳中和。相關研究近日發表于《焦耳》。

“我們首次在一個完全集成的太陽能塔系統中演示了從水和二氧化碳到煤油的整個熱化學過程鏈。”論文通訊作者、蘇黎世聯邦理工學院教授Aldo Steinfeld說。以前利用太陽能生產航空燃料的嘗試大多是在實驗室中進行的。

航空業在造成氣候變化的全球人為排放中約占5%。它嚴重依賴煤油，即航空燃料，這是一種通常從原油中提取的液態碳氫燃料。目前，還沒有一種清潔的替代能源可以在全球范圍內為長途商業航班提供燃料。

“利用太陽能技術，我們已經證明，可以從水和二氧化碳中生產合成煤油，而不是從化石燃料中獲取。煤油在一臺噴氣發動機中燃燒時排放的二氧化碳等于在太陽能工廠生產其消耗的二氧化碳。”Steinfeld說，“這使得燃料具有碳中性，特別是在不久的將來，如果我們使用直接從空氣中捕獲的二氧化碳作為原料。”

作為歐盟SUN-to-LIQUID項目的一部分，Steinfeld及其同事開發了一種利用太陽能生產普適性燃料的系統，這種燃料是煤油和柴油等化石燃料的合成替代品。Steinfeld說，太陽能制造的煤油與現有的用于燃料存儲、分配的航空基礎設施以及噴氣發動機中的最終用途完全相容。Steinfeld補充說，它還可以與化石衍生的煤油相混合。

2017年，該團隊開始擴大設計規模，并在西班牙IMDEA能源研究所建造了一個太陽能燃料生產工廠。該工廠由169個太陽跟蹤反射板組成，能夠將太陽輻射重新定向并匯聚到安裝在一個塔頂的太陽能反應堆中。集中的太陽能隨后驅動氧化—還原(氧化還原)反應在太陽能反應堆中循環，其中包含一個由二氧化鈰制成的多孔結構。二氧化鈰不會被消耗，但可以反復使用。它能將注入反應堆的水和二氧化碳轉化為合成氣，這是一種特定的氫氣和一氧化碳的混合物。隨后，合成氣被送入一臺氣—液轉換器，在那里它最終被加工成液態碳氫化合物燃料，包括煤油和柴油。

Steinfeld說:“這座太陽能塔燃料工廠的運行設置與工業實施有關，為可持續航空燃料的生產樹立了一個技術里程碑。”

在9天的工廠運行中，太陽能反應堆的能源效率（輸入的太陽能轉化為合成氣能量的部分）約為4%。Steinfeld表示，他的團隊正在加緊改進設計，以將效率提高到15%以上。例如，他們正在探索優化氧化鈰結構以吸收太陽輻射的方法，并開發回收氧化還原循環過程中釋放的熱量的方法。