研究人員設(shè)計了一種燃料生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用水、二氧化碳 (CO 2 ) 和陽光來生產(chǎn)航空燃料。他們已經(jīng)在現(xiàn)場實施了該系統(tǒng)，該設(shè)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(xué)過程鏈的人，”蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)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(chǎn)航空燃料的嘗試大多是在實驗室中進行的。

航空部門對導(dǎo)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(nèi)，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(shù)，我們已經(jīng)證明我們可以從水和 CO 2中生產(chǎn)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(chǎn)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(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。斯坦菲爾德說，太陽能制造的煤油與現(xiàn)有的航空基礎(chǔ)設(shè)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(shè)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?yīng)堆中。然后，集中的太陽能驅(qū)動太陽能反應(yīng)器中的氧化還原(氧化還原)反應(yīng)循環(huán)，該反應(yīng)器包含由二氧化鈰制成的多孔結(jié)構(gòu)。二氧化鈰(不消耗但可以反復(fù)使用)將注入反應(yīng)器的水和 CO 2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。

“這座太陽能塔式燃料廠的運行設(shè)置與工業(yè)實施相關(guān)，為可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)樹立了一個技術(shù)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(yīng)堆的能源效率(太陽能輸入轉(zhuǎn)化為產(chǎn)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(shè)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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