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空氣燃料實驗系統(tǒng)“夢想成真”

2021-11-08 17:17  來源:科技日報  瀏覽:  

英國《自然》雜志11月4日發(fā)表一項工程學(xué)研究,瑞士科學(xué)家團(tuán)隊報告了一種用陽光和空氣生產(chǎn)燃料的實驗系統(tǒng),且該系統(tǒng)能在日常條件下運轉(zhuǎn)。這項研究或為生產(chǎn)碳中和的碳?xì)淙剂箱伷降缆罚诂F(xiàn)階段,生產(chǎn)流程仍需進(jìn)行大量優(yōu)化和改進(jìn)。

太陽能燃料系統(tǒng)。該裝置位于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器實驗室大樓樓頂。圖片來源:蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

航空和航運目前約占人為二氧化碳排放總量的8%。“Drop-in”燃料是一種很有前景的替代燃料源,這是一種合成版本的石油衍生液態(tài)烴(例如煤油、汽油或柴油都是液態(tài)烴),能在太陽能的幫助下用水和二氧化碳制成。之前演示過這種太陽能燃料生產(chǎn)過程的獨立步驟,但在真實世界條件下運行完整步驟和優(yōu)化后的系統(tǒng)一直很有難度。

此次,瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員阿爾多·斯坦菲爾德及其同事,描述了一種安裝在實驗室屋頂?shù)奶柲苋剂舷到y(tǒng),該系統(tǒng)由3個關(guān)鍵單元組成:一個是直接空氣捕獲裝置,能從空氣中提取二氧化碳和水;一個是太陽氧化還原裝置,能利用太陽能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)換為一氧化碳和氫的混合物(合成氣);還有一個氣轉(zhuǎn)液裝置,能將合成氣轉(zhuǎn)換為液態(tài)烴或甲醇。該實驗系統(tǒng)能在間歇性太陽輻射下順利、穩(wěn)定地運轉(zhuǎn),在一天7小時的典型工作時間里能產(chǎn)生32毫升的甲醇,驗證了太陽能燃料生產(chǎn)流程的技術(shù)可行性。

研究團(tuán)隊評估了他們的系統(tǒng)所需的升級方案,從而有望滿足全球范圍內(nèi)的航空煤油消耗量(2019年為4140億升)。據(jù)估算,所有太陽燃料生產(chǎn)廠的總土地足跡大概在4.5萬平方公里,相當(dāng)于撒哈拉沙漠面積的0.5%左右。不過,第一代商用太陽能燃料廠生產(chǎn)的這類燃料將比它們能取代的化石煤油更貴。

這種裝置制造的燃料是碳中性的,因為它們?nèi)紵尫诺亩趸寂c制作時提取的二氧化碳量一樣。研究人員認(rèn)為,考慮到建設(shè)太陽能燃料廠所需的初始投入成本較高,有必要制定支持政策來推進(jìn)這些燃料的大規(guī)模部署。

  英國
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