科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
瑞士研究人員設(shè)計(jì)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(chǎng)條件下實(shí)施。20日發(fā)表在《焦耳》雜志上的相關(guān)論文稱，這一新設(shè)計(jì)或?qū)椭娇諛I(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和。
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太陽能塔燃料廠在運(yùn)行中。圖片來源：IMDEA能源
論文通訊作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)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(gè)熱化學(xué)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(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。
航空部門在導(dǎo)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(zhǎng)途商業(yè)航班提供動(dòng)力。
作為歐盟“太陽能燃油”（SUN-to-LIQUID）項(xiàng)目的一部分，斯坦因菲爾德團(tuán)隊(duì)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(shè)施完全兼容，可用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料儲(chǔ)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(tuán)隊(duì)開始擴(kuò)大設(shè)計(jì)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(gè)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，集中地由太陽能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)器中的氧化還原反應(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)。不消耗但可以反復(fù)使用的二氧化鈰將注入反應(yīng)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?xì)浠衔锶剂?，包括煤油和柴油?/p>
太陽能塔式燃料廠示意圖。圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院
斯坦因菲爾德說，這座太陽能塔式燃料廠的運(yùn)行設(shè)置，為可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)樹立了一個(gè)技術(shù)里程碑。
在工廠運(yùn)行9天期間，太陽能反應(yīng)堆的能源效率約為4%。研究團(tuán)隊(duì)正在改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(diǎn)：
嚴(yán)格來講，航空業(yè)不能算碳排放大戶，但卻絕對(duì)是降碳“困難戶”。究其原因，就是航空業(yè)嚴(yán)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?xì)淙剂稀娇彰河偷娜紵瑤缀跻己娇者\(yùn)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(rèn)可的方式，但就目前而言，這條“替換之路”還相當(dāng)漫長(zhǎng)，其需要上至能源企業(yè)、發(fā)動(dòng)機(jī)制造商、飛機(jī)制造商，下至航空公司，全都參與其中并貢獻(xiàn)自己的最大力量。
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