多合一太阳能塔制造碳中和喷气燃料

研究人员设计了一种燃料生产系统，该系统使用水、二氧化碳 (CO 2 ) 和阳光来生产航空燃料。他们已经在现场实施了该系统，该设计于 7 月 20 日在Joule杂志上发表，可以帮助航空业实现碳中和。

“我们是第一个在完全集成的太阳能塔系统中展示从水和 CO 2到煤油的整个热化学过程链的人，”苏黎世联邦理工学院教授、该论文的通讯作者 Aldo Steinfeld 说。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。

航空部门对导致气候变化的全球人为排放量约占 5%。它严重依赖煤油或喷气燃料，这是一种通常从原油中提取的液态碳氢燃料。目前，在全球范围内，没有清洁的替代方案可以为长途商业航班提供动力。

“通过我们的太阳能技术，我们已经证明我们可以从水和 CO 2中生产合成煤油，而不是从化石燃料中获得。喷气发动机中煤油燃烧过程中排放的 CO 2量等于太阳能生产过程中消耗的量植物，”斯坦菲尔德说。“这使得燃料碳中性，特别是如果我们使用直接从空气中捕获的 CO 2作为成分，希望在不久的将来。”

作为 SUN-to-LIQUID 项目的一部分，Steinfeld 和他的同事开发了一种系统，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，用于燃料储存、分配和最终用于喷气发动机。他补充说，它也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，集中的太阳能驱动太阳能反应器中的氧化还原(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。二氧化铈(不消耗但可以反复使用)将注入反应器的水和 CO 2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。

“这座太阳能塔式燃料厂的运行设置与工业实施相关，为可持续航空燃料的生产树立了一个技术里程碑，”斯坦菲尔德说。

在论文中报道的工厂运行 9 天期间，太阳能反应堆的能源效率(太阳能输入转化为产生的合成气的能量含量的部分)约为 4%。Steinfeld 说，他的团队正在集中精力改进设计，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的方法，并开发回收氧化还原循环期间释放的热量的方法。

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