I teorin är det möjligt att skapa flygbränsle från något annat än vatten, CO2 och energi från solen, men att göra det utanför laboratoriet har visat sig vara utmanande. Nu har forskare skapat det första helt integrerade systemet som kan göra det i stor skala inom området.
Flyget står för cirka fem procent av de globala utsläppen av växthusgaser, och det har visat sig vara envist svårt att göra koldioxidutsläpp. Medan andra sektorer har förlitat sig på elektrifiering för att byta från fossila bränslen till förnybara energikällor, gör flygets stränga viktbegränsningar det omöjligt att förlita sig på batterikraft när som helst inom en snar framtid.
Det finns en växande konsensus om att varje realistisk väg för att minska koldioxidutsläppen i flyget i mitten av detta århundrade kommer att kräva användning av hållbara "drop-in"-bränslen, vilket hänvisar till bränslen som fungerar med befintliga jetmotorer och bränsleinfrastruktur. Logiken är att alla alternativa strömkällor som batterier, vätska Hydrering, eller flytande ammoniak kommer att kräva orealistiska investeringsnivåer i nya flygplan och bränslelagring och distributionssystem.
Forskare undersöker en mängd olika metoder för att tillverka hållbara flygbränslen. Det vanligaste idag handlar om att skapa fotogen genom att reagera animaliska eller vegetabiliska oljor med väte. Tillvägagångssättet är väl etablerat, men det finns begränsade förnybara källor till dessa råvaror och det finns konkurrens från biodiesel från fordonssektorn.
Ett framväxande tillvägagångssätt innebär att skapa bränsle genom att direkt kombinera grönt Hydrering med kolmonoxid som härrör från infångad CO2. Detta är mycket mer utmanande eftersom alla inblandade steg – att elektrolysera vatten för att skapa grönt väte, fånga upp CO2 från luften eller industriella källor, reducera CO2 till CO och kombinera dem för att skapa fotogen – använder massor av energi.
Fördelen är att råvarorna är rikliga, så att hitta ett sätt att minska energibehovet kan öppna dörren till en riklig ny källa av hållbara bränslen. En ny anläggning som använder en rad speglar för att rikta solljus mot en solreaktor på toppen av ett torn kan vara ett lovande tillvägagångssätt.
"Vi är de första att demonstrera hela den termokemiska processkedjan från vatten och CO2 till fotogen i ett helt integrerat soltornssystem," Aldo Steinfeld från ETH Zürich, som ledde forskningen, sade i ett pressmeddelande. "Denna bränsleanläggning för soltorn drevs med en uppställning som är relevant för industriell implementering, vilket satte en teknisk milstolpe mot produktion av hållbara flygbränslen."
Anläggningen, beskriven i a papper i JOULE, har 169 solföljande reflekterande paneler som omdirigerar och koncentrerar solljus till solreaktorn som är placerad på toppen av ett 49 fot högt torn. Vatten och CO2 pumpas in i solreaktorn, som innehåller en porös struktur gjord av ceriumoxid, en oxid av den sällsynta jordartsmetallen cerium.
Ceriaen hjälper till att driva en redoxreaktion som avlägsnar syre från vattnet och CO2 för att skapa en blandning av kolmonoxid och väte som kallas syngas. Ceriaet förbrukas inte av denna process och kan återanvändas, medan överskottet av syre helt enkelt släpps ut i atmosfären. Syngasen pumpas ner i tornet till en gas-till-vätska-omvandlare, där den bearbetas till flytande bränsle som innehåller 16 procent fotogen och 40 procent diesel.
Genom att använda solens värme för att driva hela processen, ger installationen en väg runt de stora elbehoven från mer konventionella metoder. Forskarna noterar dock att effektiviteten i deras system fortfarande är relativt låg. Endast fyra procent av den fångade solenergin omvandlades till kemisk energi i syngasen, även om de ser en väg att öka den till över 15 procent.
De övergripande produktionsnivåerna är också långt ifrån vad som skulle krävas för att göra ett nedslag i flygindustrins bränslebehov. Trots att anläggningen tog plats motsvarande en liten parkering kunde den bara producera drygt 5,000 9 liter syngas på 16 dagar. Med tanke på att endast XNUMX procent av det sedan omvandlades till fotogen, kommer tekniken att behöva skalas upp avsevärt.
Men det här är den hittills största demonstrationen av att använda solljus för att skapa hållbara bränslen, och som forskarna påpekar är upplägget industriellt realistiskt. Med ytterligare justeringar och mycket investeringar kan detta en dag erbjuda ett lovande sätt att se till att våra flygresor belastar miljön mindre.
Bildkredit: ETH Zürich
