Теоретически можно создать реактивное топливо из воды, CO2 и солнечной энергии, но сделать это за пределами лаборатории оказалось непросто. Теперь исследователи создали первую полностью интегрированную систему, способную делать это в полевых условиях.
На долю авиации приходится около пяти процентов глобальных выбросов парниковых газов, и ее трудно обезуглероживать. В то время как другие отрасли полагались на электрификацию для перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, строгие ограничения веса авиации делают невозможным полагаться на питание от батарей в ближайшем будущем.
Растет консенсус в отношении того, что любой реалистичный путь к обезуглероживанию авиации к середине этого века потребует использования экологически чистых видов топлива, которые работают с существующими реактивными двигателями и заправочной инфраструктурой. Логика заключается в том, что любой альтернативный источник питания, такой как батареи, жидкостные Гидрирование, или жидкий аммиак потребуют нереальных объемов инвестиций в новые самолеты и системы хранения и распределения топлива.
Исследователи изучают широкий спектр подходов к производству экологичного авиационного топлива. Наиболее распространенным сегодня является создание керосина путем реакции животных или растительных масел с водородом. Этот подход хорошо зарекомендовал себя, но возобновляемые источники этого сырья ограничены, а биодизель конкурирует с автомобильным сектором.
Новый подход предполагает создание топлива путем прямого комбинирования зеленых Гидрирование с угарным газом, полученным из захваченного CO2. Это гораздо сложнее, потому что все этапы — электролиз воды для создания зеленого водорода, улавливание СО2 из воздуха или промышленных источников, восстановление СО2 до СО и их объединение для создания керосина — требуют большого количества энергии. энергетика.
Преимущество заключается в том, что исходных ингредиентов в изобилии, поэтому поиск способа снижения энергетических потребностей может открыть дверь к новому обильному источнику устойчивого топлива. Многообещающим подходом может стать новый завод, использующий массив зеркал для направления солнечного света на солнечный реактор на вершине башни.
«Мы первыми продемонстрировали всю цепочку термохимических процессов от воды и CO2 до керосина в полностью интегрированной системе солнечных башен», — сказал Альдо Штайнфельд из ETH Zurich, руководивший исследованием. говорится в пресс-релизе. «Эта топливная установка для солнечных башен работала с установкой, соответствующей промышленному внедрению, что стало технологической вехой на пути к производству устойчивого авиационного топлива».
Объект, описанный в бумага в Джоуль, имеет 169 отражающих панелей, отслеживающих солнце, которые перенаправляют и концентрируют солнечный свет в солнечном реакторе, расположенном на вершине башни высотой 49 футов. Вода и CO2 закачиваются в солнечный реактор, который содержит пористую структуру из церия, оксида редкоземельного металла церия.
Серий помогает запустить окислительно-восстановительную реакцию, которая удаляет кислород из воды и CO2, чтобы создать смесь монооксида углерода и водорода, известную как синтетический газ. Серий в этом процессе не расходуется и может быть использован повторно, а лишний кислород просто выбрасывается в атмосферу. Синтез-газ перекачивается вниз по колонне к конвертеру газа в жидкость, где он перерабатывается в жидкое топливо, содержащее 16 процентов керосина и 40 процентов дизельного топлива.
Используя солнечное тепло для управления всем процессом, установка позволяет обойти значительные потребности в электроэнергии, характерные для более традиционных подходов. Однако исследователи отмечают, что эффективность их системы все еще относительно низка. Только четыре процента захваченной солнечной энергии были преобразованы в химическую энергию в синтетическом газе, хотя они видят путь к увеличению этого показателя до уровня выше 15 процентов.
Общий уровень производства также далек от того, что потребовалось бы для снижения спроса на топливо в авиационной отрасли. Несмотря на то, что объект занимает площадь, эквивалентную небольшой автостоянке, он смог произвести лишь немногим более 5,000 литров синтез-газа за 9 дней. Учитывая, что только 16 процентов из них затем было преобразовано в керосин, технологию придется значительно расширить.
Но на сегодняшний день это самая масштабная демонстрация использования солнечного света для создания экологически чистого топлива, и, как отмечают исследователи, установка является реалистичной в промышленном отношении. С дальнейшими настройками и большими инвестициями однажды это может стать многообещающим способом сделать наши полеты менее опасными для окружающей среды.
Изображение предоставлено: ETH Zurich.
