I teorien er det mulig å lage flydrivstoff fra noe annet enn vann, CO2 og energi fra solen, men å gjøre det utenfor laboratoriet har vist seg utfordrende. Nå har forskere laget det første fullt integrerte systemet som er i stand til å gjøre det i stor skala i feltet.
Luftfart står for rundt fem prosent av de globale klimagassutslippene, og det har vist seg å være vanskelig å avkarbonisere. Mens andre sektorer har vært avhengige av elektrifisering for å bytte fra fossilt brensel til fornybare energikilder, gjør luftfartens strenge vektbegrensninger det umulig å stole på batterikraft når som helst i nær fremtid.
Det er økende konsensus om at enhver realistisk vei for å avkarbonisere luftfart innen midten av dette århundret vil kreve bruk av bærekraftig "drop-in" drivstoff, som refererer til drivstoff som fungerer med eksisterende jetmotorer og drivstoffinfrastruktur. Logikken er at enhver alternativ strømkilde som batterier, væske hydrogen, eller flytende ammoniakk vil kreve urealistiske investeringsnivåer i nye fly og drivstofflagrings- og distribusjonssystemer.
Forskere undersøker en lang rekke tilnærminger for å lage bærekraftig flydrivstoff. Det vanligste i dag innebærer å lage parafin ved å reagere animalske eller vegetabilske oljer med hydrogen. Tilnærmingen er godt etablert, men det er begrensede fornybare kilder til disse råvarene, og det er konkurranse fra biodiesel fra bilindustrien.
En fremvoksende tilnærming innebærer å lage drivstoff ved direkte å kombinere grønt hydrogen med karbonmonoksid avledet fra fanget CO2. Dette er mye mer utfordrende fordi alle trinnene som er involvert – å elektrolysere vann for å lage grønt hydrogen, fange CO2 fra luften eller industrielle kilder, redusere CO2 til CO og kombinere dem for å lage parafin – bruker mye energi.
Fordelen er at råvarene er rikelig, så å finne en måte å redusere energibehovet på kan åpne døren til en rikelig ny kilde til bærekraftig drivstoff. Et nytt anlegg som bruker en rekke speil for å rette sollys mot en solenergireaktor på toppen av et tårn, kan være en lovende tilnærming.
"Vi er de første til å demonstrere hele den termokjemiske prosesskjeden fra vann og CO2 til parafin i et fullt integrert soltårnsystem," Aldo Steinfeld fra ETH Zürich, som ledet forskningen, sa i en pressemelding. "Dette drivstoffanlegget for solenergitårn ble drevet med et oppsett som er relevant for industriell implementering, og satte en teknologisk milepæl mot produksjon av bærekraftig flydrivstoff."
Anlegget, beskrevet i en papir inn Joule, har 169 solsporende reflekterende paneler som omdirigerer og konsentrerer sollys inn i solenergireaktoren plassert på toppen av et 49 fot høyt tårn. Vann og CO2 pumpes inn i solreaktoren, som inneholder en porøs struktur laget av ceriumoksid, et oksid av det sjeldne jordmetallet cerium.
Ceriaen hjelper til med å drive en redoksreaksjon som fjerner oksygen fra vannet og CO2 for å lage en blanding av karbonmonoksid og hydrogen kjent som syngass. Ceriaen forbrukes ikke av denne prosessen og kan gjenbrukes, mens overflødig oksygen ganske enkelt slippes ut i atmosfæren. Syngassen pumpes ned i tårnet til en gass-til-væske-omformer, hvor den prosesseres til flytende drivstoff som inneholder 16 prosent parafin og 40 prosent diesel.
Ved å bruke varmen fra solen til å drive hele prosessen, gir oppsettet en vei rundt de betydelige strømkravene til mer konvensjonelle tilnærminger. Imidlertid bemerker forskerne at effektiviteten til systemet deres fortsatt er relativt lav. Bare fire prosent av den fangede solenergien ble omdannet til kjemisk energi i syngassen, selv om de ser en vei til å øke den til over 15 prosent.
De samlede produksjonsnivåene er også langt unna det som ville være nødvendig for å gjøre et inngrep i flyindustriens drivstoffbehov. Til tross for at anlegget tok opp plass tilsvarende en liten parkeringsplass, klarte det kun å produsere i overkant av 5,000 liter syngass på 9 dager. Tatt i betraktning at bare 16 prosent av dette ble omdannet til parafin, vil teknologien måtte skaleres opp betraktelig.
Men dette er den største demonstrasjonen av bruk av sollys til å lage bærekraftig drivstoff til dags dato, og som forskerne påpeker, er oppsettet industrielt realistisk. Med ytterligere justeringer og mye investering kan dette en dag tilby en lovende måte å sørge for at flyreisene våre belaster miljøet mindre.
Bildekreditt: ETH Zürich
