科技日報記者?張夢然
瑞士研究人員設計了一種使用水、二氧化碳（CO2）和陽光來生產(chǎn)航空燃料的生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在野外現(xiàn)場條件下實施。20日發(fā)表在《焦耳》雜志上的相關(guān)論文稱，這一新設計或?qū)椭娇諛I(yè)實現(xiàn)碳中和。
(資料圖片)
太陽能塔燃料廠在運行中。圖片來源：IMDEA能源
論文通訊作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學院教授阿爾多·斯坦因菲爾德稱，這是首次在完全集成的太陽能塔系統(tǒng)中展示從水和CO2到煤油的整個熱化學過程鏈。以前通過使用太陽能生產(chǎn)航空燃料的嘗試大多是在實驗室中進行的。
航空部門在導致氣候變化的全球人為排放量中約占5%。目前，在全球范圍內(nèi)，尚沒有清潔的替代方案可為長途商業(yè)航班提供動力。
作為歐盟“太陽能燃油”（SUN-to-LIQUID）項目的一部分，斯坦因菲爾德團隊開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用太陽能生產(chǎn)可直接使用的燃料，這些燃料是煤油和柴油等化石衍生燃料的合成替代品。斯坦因菲爾德說，太陽能制造的煤油與現(xiàn)有的航空基礎(chǔ)設施完全兼容，可用于噴氣發(fā)動機的燃料儲存、分配和最終使用。它還可以與化石衍生的煤油混合。
2017年，該團隊開始擴大設計規(guī)模，并在西班牙IMDEA能源研究所建造了一座太陽能燃料生產(chǎn)廠。該工廠由169個太陽跟蹤反射板組成，這些反射板將太陽輻射重定向并集中到安裝在塔頂?shù)奶柲芊磻阎小Ｈ缓?，集中地由太陽能?qū)動反應器中的氧化還原反應循環(huán)，該反應器包含由二氧化鈰制成的多孔結(jié)構(gòu)。不消耗但可以反復使用的二氧化鈰將注入反應器的水和CO2轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣是氫氣和一氧化碳的定制混合物。隨后，合成氣被送入氣液轉(zhuǎn)換器，最終被加工成液態(tài)碳氫化合物燃料，包括煤油和柴油。
太陽能塔式燃料廠示意圖。圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學院
斯坦因菲爾德說，這座太陽能塔式燃料廠的運行設置，為可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)樹立了一個技術(shù)里程碑。
在工廠運行9天期間，太陽能反應堆的能源效率約為4%。研究團隊正在改進設計，以將效率提高到15%以上。例如，他們正在探索優(yōu)化二氧化鈰結(jié)構(gòu)以吸收太陽輻射，并回收氧化還原循環(huán)期間釋放的熱量。
總編輯圈點：
嚴格來講，航空業(yè)不能算碳排放大戶，但卻絕對是降碳“困難戶”。究其原因，就是航空業(yè)嚴重依賴煤油或噴氣燃料，也就是通常從原油中提取的液態(tài)碳氫燃料——航空煤油的燃燒，幾乎要占航空運輸業(yè)碳排放總量的近八成。將現(xiàn)有的燃油換成可持續(xù)燃料是各界都比較認可的方式，但就目前而言，這條“替換之路”還相當漫長，其需要上至能源企業(yè)、發(fā)動機制造商、飛機制造商，下至航空公司，全都參與其中并貢獻自己的最大力量。
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