蘇黎世聯(lián)邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology Zurich, ETH Zurich)的研究人員開發(fā)出一種創(chuàng)新技術，僅用陽光和空氣就能生產(chǎn)液態(tài)烴燃料。

在蘇黎世ETH機械實驗室大樓屋頂?shù)男滦吞柲苄⌒蜔捰蛷S中，科學家們?nèi)蚴状握故菊鎸崿F(xiàn)場條件下的完整熱化學流程。研究人員打造的這座太陽能發(fā)電廠能生產(chǎn)合成液體燃料，這些燃料在燃燒過程中釋放出的二氧化碳(CO2)，和其原料空氣一樣多。

設置于研究大樓屋頂?shù)膶嶒炑b置。圖片來源：蘇黎世ETH新聞稿。

該制程直接從環(huán)境空氣中提取二氧化碳和水，用太陽能分解產(chǎn)生合成氣體，即氫氣和一氧化碳的混合物。合成氣體可以加工成煤油、甲醇或其他烴類。這些加入式燃料可以用于目前全球的運輸基礎設施。

負責開發(fā)此技術的團隊是ETH再生能源載具教授史坦菲爾德(Aldo Steinfeld)和他的研究小組。“這個電廠證實，碳中和(Carbon-neutral)的碳氫燃料，可以在真實的條件下由陽光和空氣制成”史坦菲爾德說，“熱化學過程利用整個太陽光譜并在高溫下進行，反應快、效率高。”

實驗結(jié)果顯示，這座設在ETH屋頂上的太陽能小型“煉油廠”，即使以蘇黎世的氣候條件，該技術也是可行的，每天可產(chǎn)生大約一公合的燃料。

在歐盟太陽能液體計劃(EU sun-to-liquid)架構下，史坦菲爾德和研究團隊正在馬德里附近的太陽能塔中，對他們的太陽能反應爐進行大規(guī)模測試。該太陽能發(fā)電廠也和蘇黎世的小型煉油廠同時于6月13日在馬德里公開展示。

這套新系統(tǒng)的流程鏈結(jié)合了三個熱化學轉(zhuǎn)化過程：

首先，從空氣中提取二氧化碳和水。第二，太陽能熱化學分解二氧化碳和水。第三，液化成碳氫化合物。

二氧化碳和水都是透過吸收/脫附過程直接從環(huán)境空氣中提取，接著在拋物面反射器的焦點處送入太陽能反應器。

太陽輻射能在焦點處聚集3,000倍，在太陽能反應爐內(nèi)產(chǎn)生1,500°C的溫度。

太陽能反應爐的核心是由二氧化鈰制成的陶瓷結(jié)構，能夠進行兩步驟的氧化還原循環(huán)，將水和二氧化碳分解成合成氣，接著透過一般的甲醇或費托合成(Fischer–Tropsch process)將氫和一氧化碳混合物加工成液態(tài)烴燃料。

碳中和燃料是發(fā)展可持續(xù)性航空和海上運輸?shù)年P鍵。

史坦菲爾德的研究已經(jīng)衍生出兩間公司：2016年成立的Synhelion公司將太陽能燃料生產(chǎn)技術商業(yè)化;2010年成立的Climeworks公司將從空氣中捕獲二氧化碳的技術商業(yè)化。

下一個計劃的目標是擴大技術規(guī)模，使其具有經(jīng)濟競爭力。“一個面積一平方公里的太陽能發(fā)電廠每天可生產(chǎn)20,000升煤油，”Synhelion公司董事兼技術長、曾是史坦菲爾德實驗室博士生的富勒(Philipp Furler)說。

“理論上，一座面積相當于整個瑞士或1/3個加州莫哈韋沙漠的電廠，就可以滿足整個航空業(yè)的煤油需求，”富勒說，“我們未來的目標是利用我們的技術高效生產(chǎn)永續(xù)燃料，減少全球二氧化碳排放。”