I teorien er det muligt at skabe jetbrændstof ud fra andet end vand, CO2 og energi fra solen, men at gøre det uden for laboratoriet har vist sig udfordrende. Nu har forskere skabt det første fuldt integrerede system, der er i stand til at gøre det i stor skala på området.
Luftfart står for omkring fem procent af de globale drivhusgasemissioner, og det har vist sig at være stædigt svært at dekarbonisere. Mens andre sektorer har været afhængige af elektrificering for at skifte fra fossile brændstoffer til vedvarende energikilder, gør luftfartens strenge vægtbegrænsninger det umuligt at stole på batteristrøm når som helst i den nærmeste fremtid.
Der er voksende konsensus om, at enhver realistisk vej til dekarbonisering af luftfart i midten af dette århundrede vil kræve brugen af bæredygtige "drop-in" brændstoffer, som refererer til brændstoffer, der fungerer med eksisterende jetmotorer og brændstofinfrastruktur. Logikken er, at enhver alternativ strømkilde som batterier, væske Hydrogenering, eller flydende ammoniak vil kræve urealistiske investeringsniveauer i nye fly og brændstoflagrings- og distributionssystemer.
Forskere undersøger en bred vifte af tilgange til fremstilling af bæredygtige flybrændstoffer. Det mest almindelige i dag involverer at skabe petroleum ved at reagere animalske eller vegetabilske olier med brint. Tilgangen er veletableret, men der er begrænsede vedvarende kilder til disse råstoffer, og der er konkurrence fra biodiesel fra bilsektoren.
En ny tilgang involverer at skabe brændstof ved direkte at kombinere grønt Hydrogenering med kulilte afledt af opfanget CO2. Dette er meget mere udfordrende, fordi alle de involverede trin - at elektrolysere vand for at skabe grøn brint, opfange CO2 fra luften eller industrielle kilder, reducere CO2 til CO og kombinere dem til at skabe petroleum - bruger masser af energi.
Fordelen er, at råvarerne er rigelige, så at finde en måde at reducere energikravene på kan åbne døren til en rigelig ny kilde til bæredygtige brændstoffer. Et nyt anlæg, der bruger en række spejle til at rette sollys mod en solreaktor på toppen af et tårn, kunne være en lovende tilgang.
"Vi er de første til at demonstrere hele den termokemiske proceskæde fra vand og CO2 til petroleum i et fuldt integreret soltårnsystem," Aldo Steinfeld fra ETH Zürich, der ledede forskningen, sagde i en pressemeddelelse. "Dette soltårnsbrændstofanlæg blev drevet med en opsætning, der var relevant for industriel implementering, og satte en teknologisk milepæl i retning af produktion af bæredygtige flybrændstoffer."
Anlægget, beskrevet i a papir ind Joule, har 169 solsporende reflekterende paneler, der omdirigerer og koncentrerer sollys ind i solreaktoren, der er placeret på toppen af et 49 fod højt tårn. Vand og CO2 pumpes ind i solreaktoren, som indeholder en porøs struktur lavet af ceriumoxid, et oxid af det sjældne jordarters metal cerium.
Ceriaet hjælper med at drive en redoxreaktion, der fjerner ilt fra vandet og CO2 for at skabe en blanding af carbonmonoxid og brint kendt som syngas. Ceriaet forbruges ikke ved denne proces og kan genbruges, mens det overskydende ilt blot frigives til atmosfæren. Syngassen pumpes ned i tårnet til en gas-til-væske-konverter, hvor den forarbejdes til flydende brændstof, der indeholder 16 procent petroleum og 40 procent diesel.
Ved at bruge solens varme til at drive hele processen, giver opsætningen en vej uden om de betydelige elektricitetskrav fra mere konventionelle tilgange. Forskerne bemærker dog, at effektiviteten af deres system stadig er relativt lav. Kun fire procent af den opfangede solenergi blev omdannet til kemisk energi i syngassen, selvom de ser en vej til at øge den til over 15 procent.
De samlede produktionsniveauer er også langt fra, hvad der kræves for at gøre indhug i luftfartsindustriens brændstofbehov. På trods af at anlægget optog plads svarende til en lille parkeringsplads, var det kun i stand til at producere godt 5,000 liter syngas på 9 dage. I betragtning af, at kun 16 procent af det derefter blev omdannet til petroleum, bliver teknologien nødt til at skalere betydeligt op.
Men dette er den største demonstration af brug af sollys til at skabe bæredygtige brændstoffer til dato, og som forskerne påpeger, er opsætningen industrielt realistisk. Med yderligere justeringer og mange investeringer kan dette en dag tilbyde en lovende måde at sikre, at vores flyvninger belaster miljøet mindre.
Billedkredit: ETH Zürich
