Teoretycznie możliwe jest wytworzenie paliwa do silników odrzutowych wyłącznie z wody, CO2 i energii słonecznej, ale robienie tego poza laboratorium okazało się wyzwaniem. Teraz naukowcy stworzyli pierwszy w pełni zintegrowany system, który jest w stanie robić to na dużą skalę w terenie.
Lotnictwo odpowiada za około pięć procent globalnych emisji gazów cieplarnianych, a jego dekarbonizacja okazuje się uporczywie trudna. Podczas gdy inne sektory polegały na elektryfikacji, aby przestawić się z paliw kopalnych na odnawialne źródła energii, rygorystyczne ograniczenia wagi lotnictwa sprawiają, że w najbliższej przyszłości poleganie na zasilaniu bateryjnym jest niewykonalne.
Istnieje coraz większy konsensus, że jakakolwiek realistyczna droga do dekarbonizacji lotnictwa do połowy tego stulecia będzie wymagała stosowania zrównoważonych paliw typu „drop-in”, co odnosi się do paliw współpracujących z istniejącymi silnikami odrzutowymi i infrastrukturą paliwową. Logika jest taka, że każde alternatywne źródło zasilania, takie jak baterie, płyn Uwodornienialub ciekły amoniak będzie wymagał nierealistycznych inwestycji w nowe samoloty oraz systemy magazynowania i dystrybucji paliwa.
Naukowcy badają szeroką gamę podejść do wytwarzania zrównoważonych paliw lotniczych. Najpopularniejszym obecnie jest tworzenie nafty poprzez reakcję olejów zwierzęcych lub roślinnych z wodorem. Podejście jest dobrze ugruntowane, ale źródła odnawialne tych surowców są ograniczone i istnieje konkurencja ze strony biodiesla z sektora motoryzacyjnego.
Nowe podejście polega na tworzeniu paliwa poprzez bezpośrednie połączenie zieleni Uwodornienia z tlenkiem węgla pochodzącym z wychwyconego CO2. Jest to o wiele trudniejsze, ponieważ wszystkie zaangażowane etapy — elektroliza wody w celu wytworzenia zielonego wodoru, wychwytywanie CO2 z powietrza lub źródeł przemysłowych, redukcja CO2 do CO i łączenie ich w celu wytworzenia nafty — wykorzystują dużo energia.
Zaletą jest to, że surowców jest dużo, więc znalezienie sposobu na zmniejszenie zapotrzebowania na energię może otworzyć drzwi do obfitego nowego źródła zrównoważonych paliw. Obiecującym podejściem może być nowa elektrownia wykorzystująca szereg luster do kierowania światła słonecznego na reaktor słoneczny na szczycie wieży.
„Jesteśmy pierwszymi, którzy zademonstrowali cały łańcuch procesów termochemicznych od wody i CO2 do nafty w całkowicie zintegrowanym systemie wieży słonecznej”, Aldo Steinfeld z ETH Zurich, który kierował badaniami, powiedział w komunikacie prasowym. „Ta instalacja paliwowa do wież słonecznych była eksploatowana z konfiguracją odpowiednią do wdrożenia przemysłowego, wyznaczając technologiczny kamień milowy w kierunku produkcji zrównoważonych paliw lotniczych”.
Obiekt, opisany w a papier w Dżul, zawiera 169 śledzących słońce paneli odblaskowych, które przekierowują i skupiają światło słoneczne w reaktorze słonecznym umieszczonym na szczycie wieży o wysokości 49 stóp. Woda i CO2 są pompowane do reaktora słonecznego, który zawiera porowatą strukturę wykonaną z ceru, tlenku ceru metalu ziem rzadkich.
Ceria wspomaga reakcję redoks, która usuwa tlen z wody i CO2 w celu wytworzenia mieszaniny tlenku węgla i wodoru, znanej jako gaz syntezowy. Ceria nie jest zużywana w tym procesie i może być ponownie wykorzystana, podczas gdy nadmiar tlenu jest po prostu uwalniany do atmosfery. Syngaz jest pompowany z wieży do konwertora gazu na ciecz, gdzie jest przetwarzany na paliwo płynne zawierające 16 procent nafty i 40 procent oleju napędowego.
Wykorzystując ciepło słoneczne do napędzania całego procesu, konfiguracja umożliwia obejście znacznego zapotrzebowania na energię elektryczną w przypadku bardziej konwencjonalnych podejść. Naukowcy zauważają jednak, że wydajność ich systemu jest nadal stosunkowo niska. Tylko cztery procent przechwyconej energii słonecznej zostało przekształcone w energię chemiczną w gazie syntezowym, chociaż widzą drogę do zwiększenia tego do ponad 15 procent.
Całkowity poziom produkcji jest również daleki od tego, co byłoby konieczne, aby wpłynąć na zapotrzebowanie przemysłu lotniczego na paliwo. Pomimo tego, że obiekt zajmuje powierzchnię odpowiadającą niewielkiemu parkingowi, był w stanie wyprodukować tylko nieco ponad 5,000 litrów gazu syntezowego w ciągu 9 dni. Biorąc pod uwagę, że tylko 16 procent z tego zostało następnie przekształconych w naftę, technologia będzie musiała zostać znacznie rozbudowana.
Jest to jednak jak dotąd największa demonstracja wykorzystania światła słonecznego do tworzenia zrównoważonych paliw, a jak podkreślają naukowcy, konfiguracja jest realistyczna z przemysłowego punktu widzenia. Dzięki dalszym usprawnieniom i wielu inwestycjom może to pewnego dnia zaoferować obiecujący sposób na zapewnienie, że nasze loty będą mniej obciążać środowisko.
Źródło obrazu: ETH Zurych
