Teoriassa on mahdollista luoda lentopetrolia vain vedestä, hiilidioksidista ja auringon energiasta, mutta sen tekeminen laboratorion ulkopuolella on osoittautunut haastavaksi. Nyt tutkijat ovat luoneet ensimmäisen täysin integroidun järjestelmän, joka pystyy tekemään sen laajassa mittakaavassa kentällä.
Lentoliikenteen osuus maailmanlaajuisista kasvihuonekaasupäästöistä on noin viisi prosenttia, ja sen hiilidioksidipäästöt ovat osoittautuneet itsepintaisen vaikeaksi. Vaikka muut alat ovat luottaneet sähköistykseen siirtyessään fossiilisista polttoaineista uusiutuviin energialähteisiin, ilmailun tiukat painorajoitukset tekevät akkuvirtaan luottamisesta mahdotonta milloin tahansa lähitulevaisuudessa.
Kasvava yksimielisyys siitä, että mikä tahansa realistinen reitti ilmailun hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi tämän vuosisadan puoliväliin mennessä edellyttää kestävien "drop-in" -polttoaineiden käyttöä, mikä viittaa polttoaineisiin, jotka toimivat olemassa olevien suihkumoottoreiden ja polttoaineen syöttöinfrastruktuurin kanssa. Logiikka on, että mikä tahansa vaihtoehtoinen virtalähde, kuten akut, neste vety, tai nestemäinen ammoniakki, vaatii epärealistisia investointeja uusiin lentokoneisiin sekä polttoaineen varastointi- ja jakelujärjestelmiin.
Tutkijat tutkivat monia erilaisia lähestymistapoja kestävien lentopolttoaineiden valmistukseen. Yleisin nykyään on kerosiinin tuottaminen saattamalla eläin- tai kasviöljyt reagoimaan vedyn kanssa. Lähestymistapa on vakiintunut, mutta näiden raaka-aineiden uusiutuvia lähteitä on rajoitetusti, ja biodieselillä on kilpailua autoteollisuudessa.
Uusi lähestymistapa sisältää polttoaineen luomisen yhdistämällä suoraan vihreää vety talteenotetusta CO2:sta johdetulla hiilimonoksidilla. Tämä on paljon haastavampaa, koska kaikki vaiheet – veden elektrolysointi vihreän vedyn luomiseksi, hiilidioksidin talteenotto ilmasta tai teollisista lähteistä, hiilidioksidin pelkistäminen hiilidioksidiksi ja niiden yhdistäminen kerosiinin tuottamiseksi – käyttävät paljon energia.
Etuna on, että raaka-aineet ovat runsaat, joten energiantarpeen vähentämiskeinon löytäminen voisi avata oven runsaalle uudelle kestävien polttoaineiden lähteelle. Uusi laitos, joka käyttää erilaisia peilejä auringonvalon suuntaamiseen kohti tornin päällä olevaa aurinkoreaktoria, voisi olla lupaava lähestymistapa.
"Olemme ensimmäinen, joka esittelee koko lämpökemiallisen prosessiketjun vedestä ja hiilidioksidista kerosiiniin täysin integroidussa aurinkotornijärjestelmässä", Aldo Steinfeld ETH Zürichistä, joka johti tutkimusta. sanoi lehdistötiedotteessa. "Tätä aurinkotornin polttoainelaitosta käytettiin teolliseen toteutukseen liittyvillä järjestelyillä, mikä asetti teknologisen virstanpylvään kestävien lentopolttoaineiden tuotantoon."
Kohdassa a kuvattu laitos paperi sisään Joule, sisältää 169 aurinkoa jäljittävää heijastavaa paneelia, jotka ohjaavat ja keskittävät auringonvalon aurinkoreaktoriin, joka sijaitsee 49 jalkaa korkean tornin päällä. Vesi ja CO2 pumpataan aurinkoreaktoriin, joka sisältää huokoisen rakenteen, joka on valmistettu ceriumoksidista, harvinaisen maametallin ceriumin oksidista.
Ceria auttaa ajamaan redox-reaktiota, joka poistaa hapen vedestä ja hiilidioksidista muodostaen hiilimonoksidin ja vedyn seoksen, joka tunnetaan synteesikaasuna. Ceriumoksidia ei kuluteta tässä prosessissa, ja se voidaan käyttää uudelleen, kun taas ylimääräinen happi yksinkertaisesti vapautuu ilmakehään. Synteesikaasu pumpataan alas tornista kaasu-neste-muuntimeen, jossa se jalostetaan nestemäiseksi polttoaineeksi, joka sisältää 2 prosenttia kerosiinia ja 16 prosenttia dieseliä.
Käyttämällä auringon lämpöä koko prosessin ohjaamiseen, asennus tarjoaa tavan kiertää perinteisten lähestymistapojen huomattavat sähkönkulutukset. Tutkijat huomauttavat kuitenkin, että heidän järjestelmän tehokkuus on edelleen suhteellisen alhainen. Vain neljä prosenttia talteenotetusta aurinkoenergiasta muutettiin synteesikaasussa kemialliseksi energiaksi, vaikka he näkevätkin keinon nostaa se yli 15 prosenttiin.
Myös kokonaistuotannon tasot ovat kaukana siitä, mitä vaadittaisiin ilmailuteollisuuden polttoainetarpeiden kutistumiseen. Vaikka laitos vei pientä pysäköintialuetta vastaavasti tilaa, se pystyi tuottamaan vain hieman yli 5,000 litraa synteesikaasua 9 päivässä. Koska vain 16 prosenttia siitä muutettiin sitten kerosiiniksi, teknologiaa on laajennettava huomattavasti.
Mutta tämä on tähän mennessä laajin osoitus auringonvalon käyttämisestä kestävien polttoaineiden luomiseen, ja kuten tutkijat huomauttavat, järjestely on teollisesti realistinen. Lisäsäädöllä ja suurilla investoinneilla tämä voisi jonain päivänä tarjota lupaavan tavan varmistaa, että lentomme ovat vähemmän ympäristöä kuormittavia.
Kuvan luotto: ETH Zurich
