酸性气体吸收塔(酸碱吸收塔)

从理论上讲,只用水、二氧化碳和来自太阳的能量就有可能制造出喷气燃料,但在实验室之外这样做已被证明具有挑战性。现在,研究人员已经创建了第一个完全集成的系统,能够在现场大规模地做到这一点。

航空业占全球温室气体排放的5%左右,而且事实证明它很难实现脱碳。虽然其他行业已经依靠电气化从化石燃料转向可再生能源,但航空业严格的重量限制使得在不久的将来依靠电池动力是不可行的。

越来越多的人认为,到本世纪中叶实现航空业脱碳的任何现实途径都需要使用可持续的 “即用型 “燃料,即与现有喷气发动机和加油基础设施配合使用的燃料。其逻辑是,任何像电池、液态氢或液态氨这样的替代动力源将需要对新飞机和燃料储存及分配系统进行不切实际的投资水平。

研究人员正在研究各种各样的方法来制造可持续航空燃料。今天最常见的是通过让动物或植物油与氢气反应来制造煤油。这种方法是成熟的,但这些原料的可再生资源有限,而且有来自汽车部门的生物柴油的竞争。

一种新出现的方法是通过直接将绿色氢气与从捕获的二氧化碳中提取的一氧化碳结合来制造燃料。这更具挑战性,因为所有涉及的步骤–电解水以制造绿色氢气,从空气或工业来源中捕获二氧化碳,将二氧化碳还原为一氧化碳,并将它们结合起来以制造煤油–都需要消耗大量的能源。

其优点是原料丰富,因此找到一种减少能源需求的方法可以为可持续燃料的大量新来源打开大门。一个新的工厂使用一个镜子阵列将太阳光引向塔顶的太阳能反应器,这可能是一个有希望的方法。

“领导这项研究的苏黎世联邦理工学院的Aldo Steinfeld在一份新闻稿中说:”我们是第一个在一个完全集成的太阳能塔系统中展示从水和二氧化碳到煤油的整个热化学过程链的人。”这个太阳能塔式燃料厂以与工业实施相关的设置进行操作,为可持续航空燃料的生产树立了一个技术里程碑。”

在《焦耳》杂志的一篇论文中描述的这一设施,具有169个太阳跟踪反射板,这些反射板将太阳光重新定向并集中到位于49英尺高的塔顶的太阳能反应器中。水和二氧化碳被泵入太阳能反应器,其中包含一个由铈制成的多孔结构,铈是稀土金属铈的一种氧化物。

铈有助于推动氧化还原反应,将氧气从水和二氧化碳中剥离出来,形成被称为合成气的一氧化碳和氢气的混合物。铈在这个过程中没有被消耗,可以被重新使用,而多余的氧气只是被释放到大气中。合成气被泵送到塔下的气-液转换器,在那里被加工成含有16%煤油和40%柴油的液体燃料。

通过利用太阳的热量来驱动整个过程,该装置提供了一种方法来解决更多传统方法的大量电力需求。然而,研究人员指出,他们系统的效率仍然比较低。只有4%的太阳能被转化为合成气中的化学能,尽管他们看到了将其提高到15%以上的途径。

总的生产水平离满足航空业燃料需求的要求还有很大距离。尽管该设施占用的空间相当于一个小型停车场,但它在9天内只能生产略高于5000升的合成气。考虑到其中只有16%被转化为煤油,该技术将不得不大幅扩大规模。

但这是迄今为止利用太阳光创造可持续燃料的最大规模的示范,而且正如研究人员所指出的,该装置在工业上是现实的。随着进一步的调整和大量的投资,这可能有一天会提供一种有希望的方式,以确保我们的飞行对环境的负担减少。

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