从理论上讲，仅用水、二氧化碳和来自太阳的能量就可以制造喷气燃料，但在实验室外这样做已被证明具有挑战性。现在，研究人员已经创建了第一个能够在该领域大规模进行的完全集成系统。
航空业占全球温室气体排放量的 5% 左右，而且事实证明，脱碳非常困难。虽然其他行业依靠电气化从化石燃料转向可再生能源，但航空业对重量的严格限制使得在不久的将来任何时候都无法依靠电池供电。
越来越多的共识是，到本世纪中叶实现航空脱碳的任何现实途径都需要使用可持续的“临时”燃料，即与现有喷气发动机和燃料基础设施一起使用的燃料。其逻辑是，任何替代能源，如电池、 液氢或液氨，都需要对新飞机和燃料储存和分配系统进行不切实际的投资。
研究人员正在研究各种制造可持续航空燃料的方法。今天最常见的是通过使动物或植物油与氢反应来制造煤油。该方法已经确立，但这些原料的可再生资源有限，并且来自汽车行业的生物柴油存在竞争。
一种新兴的方法涉及通过将绿色氢与从捕获的二氧化碳中提取的一氧化碳直接结合来制造燃料。这更具挑战性，因为所涉及的所有步骤——电解水以产生绿色氢气、从空气或工业来源中捕获二氧化碳、将二氧化碳还原为二氧化碳并将它们结合以制造煤油——都需要大量能源。
其优势在于原材料丰富，因此找到降低能源需求的方法可以为大量新的可持续燃料来源打开大门。使用一系列镜子将阳光直射到塔顶的太阳能反应堆的新工厂可能是一种很有前途的方法。
“我们是第一个在完全集成的太阳能塔系统中展示从水和二氧化碳到煤油的整个热化学过程链，”领导该研究的苏黎世联邦理工学院的 Aldo Steinfeld在新闻稿中说。 “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。”
该设施在Joule的一篇论文中有所描述，具有 169 个太阳跟踪反射板，可将阳光重定向并集中到位于 49 英尺高塔顶上的太阳能反应堆中。水和二氧化碳被泵入太阳能反应堆，该反应堆包含由二氧化铈制成的多孔结构，二氧化铈是稀土金属铈的氧化物。
二氧化铈有助于推动氧化还原反应，从水中和二氧化碳中去除氧气，形成一氧化碳和氢气的混合物，称为合成气。该过程不会消耗二氧化铈，可以重复使用，而多余的氧气则简单地释放到大气中。合成气从塔抽到气液转换器，在那里被加工成含有 16% 煤油和 40% 柴油的液体燃料。
通过使用太阳的热量来驱动整个过程，该设置提供了一种解决更传统方法的大量电力需求的方法。然而，研究人员指出，他们系统的效率仍然相对较低。只有 4% 的捕获太阳能在合成气中转化为化学能，尽管他们看到了将这一比例提高到 15% 以上的途径。
总体生产水平与减少航空业燃料需求所需的水平还有很长的路要走。尽管该设施占用的空间相当于一个小型停车场，但它只能在 9 天内生产超过 5,000 升的合成气。考虑到其中只有 16% 被转化为煤油，这项技术将不得不大幅扩大规模。
但这是迄今为止使用阳光制造可持续燃料的最大规模演示，正如研究人员指出的那样，该设置在工业上是现实的。通过进一步的调整和大量投资，有朝一日这可能会提供一种有希望的方式来确保我们的航班减少对环境的负担。
图片来源：苏黎世联邦理工学院