本文转自:科技日报

科技日报记者 张梦然

瑞士研究人员设计了一种使用水、二氧化碳(CO2)和阳光来生产航空燃料的生产系统,该系统已在野外现场条件下实施。20日发表在《焦耳》杂志上的相关论文称,这一新设计或将帮助航空业实现碳中和。

太阳能塔燃料厂在运行中。

图片来源:IMDEA能源

论文通讯作者、苏黎世联邦理工学院教授阿尔多·斯坦因菲尔德称,这是首次在完全集成的太阳能塔系统中展示从水和CO2到煤油的整个热化学过程链。以前通过使用太阳能生产航空燃料的尝试大多是在实验室中进行的。

航空部门在导致气候变化的全球人为排放量中约占5%。目前,在全球范围内,尚没有清洁的替代方案可为长途商业航班提供动力。

作为欧盟“太阳能燃油”(SUN-to-LIQUID)项目的一部分,斯坦因菲尔德团队开发了一种系统,该系统利用太阳能生产可直接使用的燃料,这些燃料是煤油和柴油等化石衍生燃料的合成替代品。斯坦因菲尔德说,太阳能制造的煤油与现有的航空基础设施完全兼容,可用于喷气发动机的燃料储存、分配和最终使用。它还可以与化石衍生的煤油混合。

2017年,该团队开始扩大设计规模,并在西班牙IMDEA能源研究所建造了一座太阳能燃料生产厂。该工厂由169个太阳跟踪反射板组成,这些反射板将太阳辐射重定向并集中到安装在塔顶的太阳能反应堆中。然后,集中地由太阳能驱动反应器中的氧化还原反应循环,该反应器包含由二氧化铈制成的多孔结构。不消耗但可以反复使用的二氧化铈将注入反应器的水和CO2转化为合成气,合成气是氢气和一氧化碳的定制混合物。随后,合成气被送入气液转换器,最终被加工成液态碳氢化合物燃料,包括煤油和柴油。

太阳能塔式燃料厂示意图。

图片来源:苏黎世联邦理工学院

斯坦因菲尔德说,这座太阳能塔式燃料厂的运行设置,为可持续航空燃料的生产树立了一个技术里程碑。

在工厂运行9天期间,太阳能反应堆的能源效率约为4%。研究团队正在改进设计,以将效率提高到15%以上。例如,他们正在探索优化二氧化铈结构以吸收太阳辐射,并回收氧化还原循环期间释放的热量。

总编辑圈点:

严格来讲,航空业不能算碳排放大户,但却绝对是降碳“困难户”。究其原因,就是航空业严重依赖煤油或喷气燃料,也就是通常从原油中提取的液态碳氢燃料——航空煤油的燃烧,几乎要占航空运输业碳排放总量的近八成。将现有的燃油换成可持续燃料是各界都比较认可的方式,但就目前而言,这条“替换之路”还相当漫长,其需要上至能源企业、发动机制造商、飞机制造商,下至航空公司,全都参与其中并贡献自己的最大力量。