Углеродно-нейтральные виды топлива имеют решающее значение для обеспечения устойчивости авиации и морского транспорта. Исследователи ETH разработали солнечную установку для производства синтетического жидкого топлива, которое при сгорании выделяет столько же CO2, сколько ранее было извлечено из воздуха для их производства. CO2 и вода извлекаются непосредственно из окружающего воздуха и разделяются с использованием солнечной энергии. Этот процесс дает синтез-газ, смесь водорода и окиси углерода, которая впоследствии перерабатывается в керосин, метанол или другие углеводороды.
Эти альтернативные виды топлива готовы к использованию в существующей глобальной транспортной инфраструктуре.
Альдо Штайнфельд, профессор возобновляемых источников энергии в ETH Zurich, и его исследовательская группа разработали технологию. «Этот завод доказывает, что углеродно-нейтральное углеводородное топливо можно производить из солнечного света и воздуха в реальных полевых условиях», – пояснил он. «Термохимический процесс использует весь солнечный спектр и протекает при высоких температурах, обеспечивая быстрые реакции и высокую эффективность."Исследовательский завод в центре Цюриха продвигает исследования ETH в области экологически безопасных видов топлива.
Небольшая демонстрационная установка с большим потенциалом
Мини-нефтеперерабатывающий завод на крыше ETH Zurich доказывает, что эта технология осуществима даже в климатических условиях, преобладающих в Цюрихе.
Он производит около одного децилитра топлива в день. Стейнфельд и его группа уже работают над крупномасштабным испытанием своего солнечного реактора на солнечной башне недалеко от Мадрида, которое проводится в рамках проекта ЕС по переходу от солнца к жидкости. Сегодня солнечная башня представлена публике в Мадриде одновременно с мини-нефтеперерабатывающим заводом в Цюрихе.
Следующая цель проекта – масштабировать технологию для промышленного внедрения и сделать ее экономически конкурентоспособной. «Солнечная установка, занимающая площадь в один квадратный километр, может производить 20 000 литров керосина в день», – сказал Филипп Ферлер, директор (технический директор) Synhelion и бывший докторант в группе Штайнфельда. «Теоретически завод размером со Швейцарию – или треть калифорнийской пустыни Мохаве – мог бы покрыть потребности в керосине всей авиационной промышленности. Наша цель на будущее – эффективно производить экологически чистые виды топлива с помощью нашей технологии и тем самым снижать глобальные выбросы CO2."
Уже два спин-оффа
Из исследовательской группы Альдо Стейнфельда уже появились два дополнительных предприятия: Synhelion, основанная в 2016 году, коммерциализирует технологию производства солнечного топлива. Climeworks, основанная еще в 2010 году, коммерциализирует технологию улавливания CO2 из воздуха.
ВСТАВКА Как работает новый солнечный мини-НПЗ
Технологическая цепочка новой системы объединяет три процесса термохимической конверсии: во-первых, извлечение CO2 и воды из воздуха. Во-вторых, солнечно-термохимическое расщепление СО2 и воды. В-третьих, их последующее сжижение до углеводородов. CO2 и вода извлекаются непосредственно из окружающего воздуха в процессе адсорбции / десорбции.
Затем оба направляются в солнечный реактор в фокусе параболического отражателя. Солнечное излучение концентрируется в 3000 раз, генерируя технологическое тепло с температурой 1500 градусов Цельсия внутри солнечного реактора.
В основе солнечного реактора лежит керамическая структура из оксида церия, которая обеспечивает двухступенчатую реакцию – окислительно-восстановительный цикл – для разделения воды и CO2 на синтез-газ. Эту смесь водорода и окиси углерода затем можно перерабатывать в жидкое углеводородное топливо с помощью обычного метанола или синтеза Фишера-Тропша.