一种可以利用太阳能和空气生产煤油和甲醇的技术

瑞士的科学家已经研发了一种可以利用太阳能和空气生产煤油和甲醇的技术。

几十年来，科学家们一直在寻找一种可持续的航空燃料。现在，随着空中交通的排放量增长速度快于碳补偿技术所能缓解的速度，环境保护主义者担心，即使有了新的节能技术和操作，航空业的排放量到2050年也可能翻番。

但是，如果到2050年，所有化石衍生的喷气燃料都能被一种由阳光和空气制成的碳中性燃料所取代呢？

今年6月，苏黎世瑞士联邦技术研究所（ETH）的研究人员展示了一项新技术，即用稀薄的空气创造液态碳氢化合物燃料。在这种情况下，一个太阳能小型炼油厂安装在ETH的机器实验室的顶部，集中阳光，在太阳能热化学反应器内创造一个高温（1500摄氏度）环境。

在那里，从环境空气中提取的二氧化碳和水通过氧化还原循环转化为合成气，一种一氧化碳和氢的特殊混合物。然后，所产生的合成气被输送到传统的气-液装置，用于加工成碳氢燃料，如煤油、汽油、甲醇和其他。整个过程链是热化学的，集中的太阳能可以提供所需的过程热。操作水泵只需要少量的电力。

利用该技术生产的煤油可以替代化石衍生的喷气煤油。ETH的Aldo Steinfeld说：“在燃烧过程中，它释放的二氧化碳量与之前从空气中提取的二氧化碳量一样多。”Steinfeld领导开发这项技术的团队。此外，由于只有在氧化还原循环的第一阶段才需要太阳能来制造合成气，因此炼油厂同时运行两个太阳能热化学反应器，以最佳利用集中的阳光。

作为欧盟支持的“从太阳到液体（SUN-to-LIQUID）”项目的一部分，ETH太阳能炼油厂目前正在西班牙马德里附近的imdea energia太阳能塔中进行大规模测试，该项目为期四年，致力于探索航空工业去碳化的方法。然而，真正的测试将是燃料与航空工业现有的基础设施和硬件的整合程度如何，以及如何尽快。

Steinfeld说：“太阳能煤油是一种合成燃料，完全可以替代化石煤油。”“我们可以继续利用现有的全球基础设施来分配、储存和利用煤油。”

商业化的最大障碍可能是价格，至少在最初是这样的。据估计，太阳能煤油的价格大约是化石煤油的两倍。然而，随着太阳能的使用越来越广泛，成本应该会下降。根据《2019年彭博新能源展望》，到2030年，太阳能和风能的成本将降低几乎所有地方煤炭和天然气的发电量。

如果能降低成本，对去碳化航空业的影响将是巨大的。《卫报》最近发表的一项分析发现，即使是从伦敦到爱丁堡的短途飞行，也会比乌干达或索马里的人均年排放量增加更多的二氧化碳。

国际航空运输协会（IATA）的数据表明，在2019年，飞行将比以往任何时候都更受欢迎，过去30年中飞行总里程增加了300%。然而，可持续航空燃料占总需求的比例还不到1%。国际航空运输协会（IATA）指出，与可由电池供电的地面运输不同，航空业没有化石燃料的近期替代品，它预测电动商用飞机最早将在2040年启用。

即便如此，“由电池供电的商用飞机理论上的局限性也在1000英里左右，”Steinfeld说。“因此，长途航班将继续使用煤油。”如果一切按计划进行，太阳能煤油的商业生产将在2025年开始。目前，两家ETH分拆公司正致力于扩大技术的商业可用性。

其中之一是Climeworks，它提供商业化的脱碳装置来从空气中捕获二氧化碳。另一个是Synhelion，其目标是将新的太阳能炼油厂商业化，用于工业燃料生产。

太阳能碳氢化合物燃料的生产依赖于空气和阳光，这两者都是丰富的来源，如果应用在干旱的气候中，不会与粮食生产竞争。“理论上，一个规模相当于瑞士或加利福尼亚莫哈韦沙漠三分之一的工厂可以满足整个航空业的煤油需求，”synhelion的主管Philipp Furler在新闻发布会上说。“我们未来的目标是利用我们的技术高效生产可持续燃料，从而减少……排放。”