研究人員設計了一種燃料生產系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用水、二氧化碳 (CO 2 ) 和陽光來生產航空燃料。他們已經在現(xiàn)場實施了該系統(tǒng)，該設計于 7 月 20 日在Joule雜志上發(fā)表，可以幫助航空業(yè)實現(xiàn)碳中和。

“我們是第一個在完全集成的太陽能塔系統(tǒng)中展示從水和 CO 2到煤油的整個熱化學過程鏈的人，”蘇黎世聯(lián)邦理工學院教授、該論文的通訊作者 Aldo Steinfeld 說。以前通過使用太陽能生產航空燃料的嘗試大多是在實驗室中進行的。

航空部門對導致氣候變化的全球人為排放量約占 5%。它嚴重依賴煤油或噴氣燃料，這是一種通常從原油中提取的液態(tài)碳氫燃料。目前，在全球范圍內，沒有清潔的替代方案可以為長途商業(yè)航班提供動力。

“通過我們的太陽能技術，我們已經證明我們可以從水和 CO 2中生產合成煤油，而不是從化石燃料中獲得。噴氣發(fā)動機中煤油燃燒過程中排放的 CO 2量等于太陽能生產過程中消耗的量植物，”斯坦菲爾德說。“這使得燃料碳中性，特別是如果我們使用直接從空氣中捕獲的 CO 2作為成分，希望在不久的將來。”

作為 SUN-to-LIQUID 項目的一部分，Steinfeld 和他的同事開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用太陽能生產可直接使用的燃料，這些燃料是煤油和柴油等化石衍生燃料的合成替代品。斯坦菲爾德說，太陽能制造的煤油與現(xiàn)有的航空基礎設施完全兼容，用于燃料儲存、分配和最終用于噴氣發(fā)動機。他補充說，它也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的太陽能反應堆中。然后，集中的太陽能驅動太陽能反應器中的氧化還原(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構。二氧化鈰(不消耗但可以反復使用)將注入反應器的水和 CO 2轉化為合成氣，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。

“這座太陽能塔式燃料廠的運行設置與工業(yè)實施相關，為可持續(xù)航空燃料的生產樹立了一個技術里程碑，”斯坦菲爾德說。

在論文中報道的工廠運行 9 天期間，太陽能反應堆的能源效率(太陽能輸入轉化為產生的合成氣的能量含量的部分)約為 4%。Steinfeld 說，他的團隊正在集中精力改進設計，以將效率提高到 15% 以上。例如，他們正在探索優(yōu)化二氧化鈰結構以吸收太陽輻射的方法，并開發(fā)回收氧化還原循環(huán)期間釋放的熱量的方法。

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