空氣燃料實驗系統(tǒng)“夢想成真”

2021年11月4日，英國《自然》雜志發(fā)表了一項工程學研究，瑞士科學家團隊報告了一種用陽光和空氣生產(chǎn)燃料的實驗系統(tǒng)，且該系統(tǒng)能在日常條件下運轉(zhuǎn)。這項研究或為生產(chǎn)碳中和的碳氫燃料鋪平道路，但在現(xiàn)階段，生產(chǎn)流程仍需進行大量優(yōu)化和改進。

航空和航運目前約占人為二氧化碳排放總量的8%。“Drop-in”燃料是一種具有前景的替代燃料源，這是一種合成版本的石油衍生液態(tài)烴（例如，煤油、汽油或柴油都是液態(tài)烴），能在太陽能的幫助下用水和二氧化碳制成。之前演示過這種太陽能燃料生產(chǎn)過程的獨立步驟，但在真實世界條件下運行完整步驟和優(yōu)化后的系統(tǒng)一直存在較大難度。

此次，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院研究人員阿爾多·斯坦菲爾德及其同事，描述了一種安裝在實驗室屋頂?shù)奶柲苋剂舷到y(tǒng)。該系統(tǒng)由3個關鍵單元組成：一個是直接空氣捕獲裝置，能從空氣中提取二氧化碳和水;一個是太陽氧化還原裝置，能利用太陽能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)換為一氧化碳和氫的混合物（合成氣）;還有一個氣轉(zhuǎn)液裝置，能將合成氣轉(zhuǎn)換為液態(tài)烴或甲醇。該實驗系統(tǒng)能在間歇性太陽輻射下順利、穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)，在一天7 h的典型工作時間里能產(chǎn)生32 mL的甲醇，驗證了太陽能燃料生產(chǎn)流程的技術可行性。

研究團隊評估了他們系統(tǒng)所需的升級方案，從而有望滿足全球范圍內(nèi)的航空煤油消耗量（2019年為4 140億L）。據(jù)估算，所有太陽燃料生產(chǎn)廠的總土地足跡大概在4.5萬km2，相當于撒哈拉沙漠面積的0.5%左右。但是，第一代商用太陽能燃料廠生產(chǎn)的這類燃料將比其能取代的化石煤油更貴。

這種裝置制造的燃料是碳中性的，因為它們?nèi)紵尫诺亩趸寂c制作時提取的二氧化碳量一樣。研究人員認為，考慮到建設太陽能燃料廠所需的初始投入成本較高，有必要制定支持政策來推進這些燃料的大規(guī)模部署。

（來源：科技日報）