ตามทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะสร้างเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ทจากน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานจากดวงอาทิตย์ แต่การทำเช่นนั้นนอกห้องปฏิบัติการได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทาย ตอนนี้นักวิจัยได้สร้างระบบที่ครบวงจรระบบแรกที่สามารถทำได้ในวงกว้างในภาคสนาม
การบินมีสัดส่วนประมาณร้อยละ XNUMX ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก และได้รับการพิสูจน์แล้วว่ายากต่อการลดคาร์บอน ในขณะที่ภาคส่วนอื่นๆ พึ่งพาการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไปเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน แต่ข้อจำกัดด้านน้ำหนักที่เข้มงวดของการบินทำให้การพึ่งพาพลังงานแบตเตอรี่ไม่สามารถทำได้ทุกเมื่อในอนาคตอันใกล้
มีความเห็นเป็นเอกฉันท์มากขึ้นเรื่อยๆ ว่าทุกเส้นทางที่เป็นจริงในการลดการปล่อยคาร์บอนในการบินภายในกลางศตวรรษนี้ จะต้องใช้เชื้อเพลิง "ดรอปอิน" ที่ยั่งยืน ซึ่งหมายถึงเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้กับเครื่องยนต์ไอพ่นที่มีอยู่และโครงสร้างพื้นฐานในการเติมเชื้อเพลิง ตรรกะก็คือว่าแหล่งพลังงานทางเลือกอื่นๆ เช่น แบตเตอรี่ ของเหลว ไฮโดรเจนหรือแอมโมเนียเหลวจะต้องมีการลงทุนในระดับที่ไม่สมจริงในเครื่องบินใหม่และระบบจัดเก็บและจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง
นักวิจัยกำลังศึกษาแนวทางที่หลากหลายในการผลิตเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน สิ่งที่พบได้บ่อยที่สุดในปัจจุบันคือการสร้างน้ำมันก๊าดโดยทำปฏิกิริยากับน้ำมันจากสัตว์หรือพืชกับไฮโดรเจน แนวทางนี้เป็นที่ยอมรับอย่างดี แต่มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่จำกัดของวัตถุดิบเหล่านี้ และมีการแข่งขันจากไบโอดีเซลจากภาคยานยนต์
วิธีการที่เกิดขึ้นใหม่เกี่ยวข้องกับการสร้างเชื้อเพลิงโดยการรวมสีเขียวโดยตรง ไฮโดรเจน ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ได้จาก CO2 ที่จับได้ สิ่งนี้ท้าทายกว่ามากเพราะขั้นตอนทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง—อิเล็กโทรไลต์น้ำเพื่อสร้างไฮโดรเจนสีเขียว ดักจับ CO2 จากอากาศหรือแหล่งอุตสาหกรรม ลด CO2 เป็น CO และรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างน้ำมันก๊าด—ใช้จำนวนมาก พลังงาน.
ข้อได้เปรียบคือวัตถุดิบมีมากมาย ดังนั้นการหาวิธีลดความต้องการพลังงานอาจเปิดประตูสู่แหล่งเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนแห่งใหม่ โรงงานแห่งใหม่ที่ใช้กระจกส่องทางตรงไปยังเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์บนหอคอยอาจเป็นแนวทางที่ดี
Aldo Steinfeld จาก ETH Zurich ผู้นำการวิจัย กล่าวว่า "เราเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นถึงห่วงโซ่กระบวนการทางความร้อนเคมีทั้งหมดตั้งแต่น้ำและ CO2 ไปจนถึงน้ำมันก๊าดในระบบหอพลังงานแสงอาทิตย์แบบครบวงจร" กล่าวในการแถลงข่าว. “โรงงานผลิตเชื้อเพลิงโซลาร์ทาวเวอร์แห่งนี้ดำเนินการด้วยการตั้งค่าที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานในอุตสาหกรรม กำหนดก้าวสำคัญทางเทคโนโลยีสู่การผลิตเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน”
สิ่งอำนวยความสะดวกที่อธิบายไว้ใน กระดาษเข้า จูล, มีแผงสะท้อนแสงอาทิตย์ 169 แผ่นที่เปลี่ยนทิศทางและรวมแสงอาทิตย์เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์สุริยะที่ตั้งอยู่บนหอคอยสูง 49 ฟุต น้ำและ CO2 ถูกสูบเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูพรุนที่ทำจากซีเรียม ซึ่งเป็นออกไซด์ของซีเรียมโลหะหายาก
ซีเรียลช่วยขับปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดึงออกซิเจนออกจากน้ำและ CO2 เพื่อสร้างส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนที่เรียกว่าซินกาส กระบวนการนี้ไม่ได้ใช้ซีเรียลและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ในขณะที่ออกซิเจนส่วนเกินจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ซินแก๊สถูกสูบลงจากหอคอยไปยังเครื่องแปลงก๊าซเป็นของเหลว ซึ่งจะถูกแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงเหลวที่มีน้ำมันก๊าด 16 เปอร์เซ็นต์และดีเซล 40 เปอร์เซ็นต์
ด้วยการใช้ความร้อนจากดวงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนกระบวนการทั้งหมด การตั้งค่านี้จะช่วยหลีกเลี่ยงความต้องการไฟฟ้าในปริมาณมากของวิธีการแบบเดิม ๆ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าประสิทธิภาพของระบบยังค่อนข้างต่ำ พลังงานแสงอาทิตย์ที่จับได้เพียง 15% เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีในซินกาส แม้ว่าพวกเขาจะเห็นเส้นทางที่จะเพิ่มพลังงานนั้นให้สูงกว่า XNUMX เปอร์เซ็นต์ก็ตาม
ระดับการผลิตโดยรวมยังห่างไกลจากความต้องการเชื้อเพลิงของอุตสาหกรรมการบิน แม้ว่าโรงงานแห่งนี้จะใช้พื้นที่เทียบเท่ากับที่จอดรถขนาดเล็ก แต่ก็สามารถผลิตซินกัสได้เพียง 5,000 ลิตรใน 9 วันเท่านั้น เมื่อพิจารณาเพียง 16 เปอร์เซ็นต์ของสิ่งนั้นที่ถูกแปลงเป็นน้ำมันก๊าด เทคโนโลยีจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างมาก
แต่นี่เป็นการสาธิตที่ใหญ่ที่สุดของการใช้แสงแดดเพื่อสร้างเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนในปัจจุบัน และตามที่นักวิจัยชี้ให้เห็น การตั้งค่านี้มีความสมจริงทางอุตสาหกรรม ด้วยการปรับแต่งเพิ่มเติมและการลงทุนจำนวนมาก วันหนึ่งอาจเสนอวิธีที่มีแนวโน้มจะทำให้แน่ใจว่าเที่ยวบินของเราเป็นภาระต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง
เครดิตภาพ: ETH Zurich
