科學家開發可利用二氧化碳、水和陽光生產燃料的屋頂系統

蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的工程師們展示了一個試驗系統，可以用陽光和空氣生產燃料。 該設備從大氣中捕獲二氧化碳和水，並利用太陽能將其轉化為合成氣，然後將其轉化為基本上是碳中性的液體燃料。

隨着對人類二氧化碳排放造成的損害有了更清楚的認識，有大量的工作正在過渡到電動汽車、氫氣發電、燃料電池和其他可持續的能源形式。然而，這些進展將需要對現有的基礎設施進行大的改變，這可能會減緩其實施。

同時，合成燃料可能是一個不錯的解決方案。這些燃料是模仿目前的液體碳氫化合物燃料，但由可再生資源生產，如生物質、廢品或大氣中已有的碳。而且，由於它們取代或補充了化石燃料，它們可以被"放入"現有的發動機和基礎設施中。

在這項新研究中，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員開發並測試了一個新的系統，該系統可以只使用陽光和空氣來生產這些燃料。由此產生的燃料是碳中性的，燃燒時釋放的二氧化碳與生產時從空氣中去除的二氧化碳一樣多。

該系統由三個單元組成--一個直接空氣捕獲單元、一個太陽能氧化還原單元和一個氣體變液體單元。第一部分吸入環境空氣，並利用吸附作用將二氧化碳和水從其中抽出。然後，這些被輸送到第二個單元，在那裏，太陽能被利用來觸發化學反應。

一個拋物面聚光器將太陽光以3000倍的係數聚焦到太陽能反應器上，產生1500℃的温度。反應器內部是一個由氧化鈰製成的陶瓷結構，它從進入的二氧化碳和水中吸收氧氣，產生氫氣和一氧化碳--合成氣。合成氣本身可以被收集起來使用，或者可以被輸送到第三個單元，在那裏它被轉化為液體碳氫化合物燃料，如煤油或甲醇。

為了測試這個概念，研究人員在一棟大樓的屋頂上建立了一個5kW的小型試驗系統。每天運行7小時後，該設備每天能夠生產32毫升的甲醇。

這不是一個整體，但該團隊説，這表明這個概念是可行的，可以擴大到商業生產。一個大規模的工廠可能看起來像一個太陽能熱電廠，有一排聚光器將陽光集中到一箇中心塔上。該團隊計算，一個使用10個這樣的系統的工廠，每個收集100兆瓦的太陽輻射功率，可以每天生產95000升的煤油。

為了滿足航空業對煤油的全部需求，該團隊計算出需要大約45000平方公里的太陽能發電廠。不幸的是，建立這些工廠的高額前期費用將使這些燃料比它們所替代的化石燃料更昂貴，因此需要補貼和支持來使它們落地，這可能限制了它們的可行性。

這項研究發表在《自然》雜誌上。