Elméletileg csak vízből, szén-dioxidból és napenergiából lehet repülőgép-üzemanyagot előállítani, de ennek a laboratóriumon kívül történő megtétele kihívást jelent. A kutatók most megalkották az első olyan teljesen integrált rendszert, amely képes ezt a terepen nagy méretekben megvalósítani.
A légi közlekedés a globális üvegházhatású gázok kibocsátásának körülbelül öt százalékáért felelős, és makacsul nehéz dekarbonizálni. Míg más ágazatok a villamosításra támaszkodtak a fosszilis tüzelőanyagokról a megújuló energiaforrásokra való átálláshoz, a légi közlekedés szigorú súlykorlátai miatt a közeljövőben megvalósíthatatlanná válik az akkumulátorról való támaszkodás.
Egyre nagyobb a konszenzus abban, hogy a légi közlekedés szén-dioxid-mentesítésének reális útja ennek az évszázadnak a közepére fenntartható „bedobható” üzemanyagok használatát teszi szükségessé, ami olyan üzemanyagokra vonatkozik, amelyek a meglévő sugárhajtóművekkel és üzemanyag-ellátási infrastruktúrával működnek. A logika az, hogy bármilyen alternatív energiaforrás, például akkumulátor, folyadék hidrogén, vagy a folyékony ammónia irreális mértékű beruházást tesz szükségessé új repülőgépekbe és üzemanyag-tároló és -elosztó rendszerekbe.
A kutatók a fenntartható repülőgép-üzemanyagok előállításának sokféle megközelítését vizsgálják. Manapság a leggyakoribb a kerozin előállítása állati vagy növényi olajok hidrogénnel való reagáltatásával. A megközelítés jól bevált, de ezeknek az alapanyagoknak korlátozottak a megújuló forrásai, és a biodízel versenyez az autóipari ágazatból.
Egy kialakulóban lévő megközelítés magában foglalja az üzemanyag előállítását a zöld közvetlen kombinálásával hidrogén a befogott CO2-ból származó szén-monoxiddal. Ez sokkal nagyobb kihívást jelent, mivel az összes lépés – a víz elektrolizálása zöld hidrogén előállítására, a CO2 leválasztása a levegőből vagy ipari forrásokból, a CO2 CO-vá történő redukálása és ezek kombinálása kerozin előállításához – sok energia.
Előnye, hogy a nyersanyagok bőségesek, így az energiaigény csökkentésének módozata megnyithatja a kaput a fenntartható üzemanyagok bőséges új forrása előtt. Ígéretes megoldás lehet egy új üzem, amely tükrök sorával irányítja a napfényt egy torony tetején lévő napelemes reaktor felé.
"Mi vagyunk az elsők, akik egy teljesen integrált napelemes rendszerben demonstrálják a teljes termokémiai folyamatláncot a víztől a CO2-tól a kerozinig" - mondta Aldo Steinfeld, az ETH Zürich munkatársa, a kutatás vezetője. mondta egy sajtóközleményben. „Ezt a napelem tornyos tüzelőanyag-üzemet az ipari megvalósítás szempontjából releváns elrendezéssel üzemeltették, technológiai mérföldkövet állítottak fel a fenntartható repülőgép-üzemanyagok előállítása felé.”
A létesítmény, amelyet a papír be Joule, 169 napkövető fényvisszaverő panelt tartalmaz, amelyek átirányítják és koncentrálják a napfényt a 49 láb magas torony tetején elhelyezett napelemes reaktorba. Vizet és CO2-t szivattyúznak a napreaktorba, amely cérium-oxidból, a ritkaföldfém cérium oxidjából készült porózus szerkezetet tartalmaz.
A cérium-oxid elősegíti a redox-reakció elindítását, amely a vízből oxigént és CO2-t von el, hogy szén-monoxid és hidrogén keverékét hozza létre, amelyet szintézisgáznak neveznek. A cérium-dioxidot ez a folyamat nem emészti fel, és újra felhasználható, míg a felesleges oxigén egyszerűen a légkörbe kerül. A szintézisgázt leszivattyúzzák a toronyból egy gáz-folyadék átalakítóba, ahol folyékony üzemanyaggá dolgozzák fel, amely 16 százalék kerozint és 40 százalék gázolajat tartalmaz.
Azáltal, hogy a nap melegét használja a teljes folyamat irányítására, a beállítás kikerüli a hagyományosabb megközelítések jelentős villamosenergia-igényét. A kutatók azonban megjegyzik, hogy rendszerük hatékonysága még mindig viszonylag alacsony. A befogott napenergia mindössze négy százalékát alakították át kémiai energiává a szintézisgázban, bár azt látják, hogy ez az arány 15 százalék fölé emelkedhet.
Az általános termelési szint is messze van attól, ami a légiközlekedési ágazat üzemanyag-igényének csökkentéséhez szükséges lenne. Annak ellenére, hogy a létesítmény egy kis parkolónak megfelelő helyet foglal el, 5,000 nap alatt csak alig több mint 9 liter szintézisgázt tudott előállítani. Tekintettel arra, hogy ennek csak 16 százalékát alakították át kerozinná, a technológiát jelentősen bővíteni kell.
De ez az eddigi legnagyobb méretű bemutató a napfény felhasználásáról fenntartható tüzelőanyagok előállítására, és ahogy a kutatók rámutatnak, az elrendezés iparilag reális. További finomításokkal és sok befektetéssel ez egy nap ígéretes módot kínálhat arra, hogy járataink kevésbé terheljék a környezetet.
A kép forrása: ETH Zurich
