Về lý thuyết, có thể tạo ra nhiên liệu máy bay từ không gì khác ngoài nước, CO2 và năng lượng từ mặt trời, nhưng làm như vậy bên ngoài phòng thí nghiệm đã chứng tỏ là một thách thức. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hệ thống tích hợp đầy đủ đầu tiên có khả năng thực hiện nó trên quy mô lớn trên thực địa.
Hàng không chiếm khoảng XNUMX% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu, và nó đã được chứng minh là rất khó khử cacbon. Trong khi các lĩnh vực khác đã dựa vào điện khí hóa để chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo, thì những hạn chế về trọng lượng nghiêm ngặt của ngành hàng không khiến việc dựa vào năng lượng pin là không khả thi bất cứ lúc nào trong tương lai gần.
Ngày càng có nhiều sự đồng thuận rằng bất kỳ lộ trình thực tế nào để khử carbon hàng không vào giữa thế kỷ này sẽ yêu cầu sử dụng nhiên liệu “thả vào” bền vững, đề cập đến các loại nhiên liệu hoạt động với động cơ phản lực và cơ sở hạ tầng nhiên liệu hiện có. Logic là bất kỳ nguồn điện thay thế nào như pin, chất lỏng khinh khí, hoặc amoniac lỏng sẽ đòi hỏi mức đầu tư không thực tế vào máy bay mới cũng như hệ thống lưu trữ và phân phối nhiên liệu.
Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu nhiều cách tiếp cận khác nhau để tạo ra nhiên liệu hàng không bền vững. Phổ biến nhất hiện nay liên quan đến việc tạo ra dầu hỏa bằng cách cho dầu động vật hoặc thực vật phản ứng với hydro. Phương pháp tiếp cận đã được thiết lập tốt, nhưng nguồn nguyên liệu thô này có thể tái tạo được hạn chế và có sự cạnh tranh từ dầu diesel sinh học từ lĩnh vực ô tô.
Một cách tiếp cận mới nổi liên quan đến việc tạo ra nhiên liệu bằng cách kết hợp trực tiếp màu xanh lá cây khinh khí với carbon monoxide bắt nguồn từ CO2. Điều này khó khăn hơn nhiều vì tất cả các bước liên quan - điện phân nước để tạo ra hydro xanh, thu giữ CO2 từ không khí hoặc các nguồn công nghiệp, giảm CO2 thành CO và kết hợp chúng để tạo ra dầu hỏa - sử dụng rất nhiều năng lượng.
Lợi thế là nguồn nguyên liệu thô dồi dào, vì vậy việc tìm ra cách giảm nhu cầu năng lượng có thể mở ra cánh cửa cho một nguồn nhiên liệu bền vững mới dồi dào. Một nhà máy mới sử dụng một loạt gương để hướng ánh sáng mặt trời tới lò phản ứng năng lượng mặt trời trên đỉnh tháp có thể là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn.
“Chúng tôi là người đầu tiên chứng minh toàn bộ chuỗi quy trình nhiệt hóa từ nước và CO2 đến dầu hỏa trong một hệ thống tháp năng lượng mặt trời được tích hợp đầy đủ,” Aldo Steinfeld từ ETH Zurich, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí. “Nhà máy nhiên liệu tháp năng lượng mặt trời này đã được vận hành với thiết lập phù hợp với việc triển khai công nghiệp, đặt ra một cột mốc công nghệ hướng tới sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững”.
Cơ sở, được mô tả trong một giấy trong Joule, có 169 tấm phản xạ theo dõi ánh nắng mặt trời giúp chuyển hướng và tập trung ánh sáng mặt trời vào lò phản ứng năng lượng mặt trời đặt trên đỉnh tháp cao 49 foot. Nước và CO2 được bơm vào lò phản ứng mặt trời, lò này có cấu trúc xốp làm bằng ceria, một oxit của kim loại đất hiếm xeri.
Ceria giúp thúc đẩy phản ứng oxy hóa khử tách oxy khỏi nước và CO2 để tạo ra hỗn hợp carbon monoxide và hydro được gọi là khí tổng hợp. Ceria không bị tiêu thụ bởi quá trình này và có thể được tái sử dụng, trong khi lượng oxy dư thừa được giải phóng vào khí quyển. Khí tổng hợp được bơm xuống tháp đến một bộ chuyển đổi khí thành chất lỏng, nơi nó được chế biến thành nhiên liệu lỏng chứa 16% dầu hỏa và 40% dầu diesel.
Bằng cách sử dụng sức nóng của mặt trời để thúc đẩy toàn bộ quá trình, thiết lập cung cấp một cách giải quyết nhu cầu điện đáng kể của các phương pháp tiếp cận thông thường hơn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng hiệu quả của hệ thống của họ vẫn còn tương đối thấp. Chỉ có bốn phần trăm năng lượng mặt trời thu được được chuyển đổi thành năng lượng hóa học trong khí tổng hợp, mặc dù họ nhìn thấy lộ trình để tăng mức đó lên trên 15 phần trăm.
Mức sản xuất tổng thể cũng còn một khoảng cách xa so với mức cần thiết để tạo ra sự sụt giảm trong nhu cầu nhiên liệu của ngành hàng không. Mặc dù cơ sở này chiếm không gian tương đương với một bãi đậu xe nhỏ, nhưng nó chỉ có thể sản xuất hơn 5,000 lít khí tổng hợp trong 9 ngày. Chỉ xem xét 16% trong số đó sau đó được chuyển thành dầu hỏa, công nghệ sẽ phải mở rộng quy mô đáng kể.
Nhưng đây là minh chứng quy mô lớn nhất về việc sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nhiên liệu bền vững cho đến nay và như các nhà nghiên cứu đã chỉ ra, thiết lập này là thực tế về mặt công nghiệp. Với sự điều chỉnh sâu hơn và đầu tư nhiều, điều này một ngày nào đó có thể cung cấp một cách đầy hứa hẹn để đảm bảo các chuyến bay của chúng tôi ít gây gánh nặng cho môi trường hơn.
Tín dụng hình ảnh: ETH Zurich
