In theorie is het mogelijk om vliegtuigbrandstof te maken van niets meer dan water, CO2 en energie van de zon, maar dit buiten het laboratorium doen bleek een uitdaging. Nu hebben onderzoekers het eerste volledig geïntegreerde systeem gecreëerd dat in staat is om dit op grote schaal in het veld te doen.
De luchtvaart is verantwoordelijk voor ongeveer vijf procent van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen en het is hardnekkig bewezen dat het moeilijk is om koolstofarm te worden. Terwijl andere sectoren vertrouwden op elektrificatie om over te schakelen van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen, maken de strenge gewichtsbeperkingen van de luchtvaart het in de nabije toekomst onhaalbaar om op batterijvoeding te vertrouwen.
Er is een groeiende consensus dat elke realistische route om de luchtvaart tegen het midden van deze eeuw koolstofarm te maken, het gebruik van duurzame "drop-in" brandstoffen zal vereisen, wat verwijst naar brandstoffen die werken met bestaande straalmotoren en brandstofinfrastructuur. De logica is dat elke alternatieve stroombron zoals batterijen, vloeistof waterstofof vloeibare ammoniak vereist onrealistische investeringen in nieuwe vliegtuigen en brandstofopslag- en distributiesystemen.
Onderzoekers onderzoeken een breed scala aan benaderingen om duurzame vliegtuigbrandstoffen te maken. De meest voorkomende tegenwoordig is het maken van kerosine door dierlijke of plantaardige oliën te laten reageren met waterstof. De aanpak is goed ingeburgerd, maar er zijn beperkte hernieuwbare bronnen van deze grondstoffen en er is concurrentie van biodiesel uit de automobielsector.
Een opkomende benadering is het creëren van brandstof door groen direct te combineren waterstof met koolmonoxide afkomstig van afgevangen CO2. Dit is veel uitdagender omdat alle betrokken stappen - het elektrolyseren van water om groene waterstof te maken, het opvangen van CO2 uit de lucht of industriële bronnen, het reduceren van CO2 tot CO en het combineren ervan om kerosine te maken - veel energie-niveau.
Het voordeel is dat de grondstoffen in overvloed aanwezig zijn, dus het vinden van een manier om de energiebehoefte te verminderen zou de deur kunnen openen naar een overvloedige nieuwe bron van duurzame brandstoffen. Een nieuwe fabriek die een reeks spiegels gebruikt om zonlicht naar een zonnereactor bovenop een toren te sturen, zou een veelbelovende aanpak kunnen zijn.
"We zijn de eersten die de volledige thermochemische procesketen van water en CO2 tot kerosine demonstreren in een volledig geïntegreerd zonnetorensysteem", zegt Aldo Steinfeld van ETH Zürich, die het onderzoek leidde. zei in een persbericht. "Deze brandstofcentrale voor zonnetorens werd geëxploiteerd met een opstelling die relevant is voor industriële implementatie, wat een technologische mijlpaal betekende voor de productie van duurzame vliegtuigbrandstoffen."
De faciliteit, beschreven in a papier in Joule, beschikt over 169 reflecterende panelen die de zon volgen en die het zonlicht omleiden en concentreren in de zonnereactor bovenop een toren van 49 meter hoog. Water en CO2 worden in de zonnereactor gepompt, die een poreuze structuur bevat van ceria, een oxide van het zeldzame aardmetaal cerium.
De ceria helpt een redoxreactie op gang te brengen die zuurstof uit het water en CO2 haalt om een mengsel van koolmonoxide en waterstof te creëren dat bekend staat als syngas. De ceria wordt bij dit proces niet verbruikt en kan opnieuw worden gebruikt, terwijl de overtollige zuurstof gewoon in de atmosfeer terechtkomt. Het syngas wordt door de toren naar een gas-naar-vloeistofconverter gepompt, waar het wordt verwerkt tot vloeibare brandstof die 16 procent kerosine en 40 procent diesel bevat.
Door de warmte van de zon te gebruiken om het hele proces aan te sturen, biedt de opstelling een manier om de aanzienlijke elektriciteitsbehoefte van meer conventionele benaderingen te omzeilen. De onderzoekers merken echter op dat de efficiëntie van hun systeem nog steeds relatief laag is. Slechts vier procent van de opgevangen zonne-energie werd omgezet in chemische energie in het syngas, hoewel ze een route zien om dat te verhogen tot boven de 15 procent.
De totale productieniveaus zijn ook ver verwijderd van wat nodig zou zijn om de brandstofbehoefte van de luchtvaartindustrie te deuken. Ondanks dat de faciliteit ruimte in beslag nam die vergelijkbaar was met een kleine parkeerplaats, kon ze in 5,000 dagen slechts iets meer dan 9 liter syngas produceren. Aangezien daar toen nog maar 16 procent van werd omgezet in kerosine, zal de technologie flink moeten opschalen.
Maar dit is tot nu toe de grootste demonstratie van het gebruik van zonlicht om duurzame brandstoffen te maken, en zoals de onderzoekers aangeven, is de opstelling industrieel realistisch. Met verdere aanpassingen en veel investeringen, zou dit op een dag een veelbelovende manier kunnen zijn om ervoor te zorgen dat onze vluchten het milieu minder belasten.
Afbeelding tegoed: ETH Zürich
