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    新技術 用日光、空氣合成的「碳中和」交通燃料誕生

    翻譯/姜唯;審校/林大利;稿源:ENS

    蘇黎世聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology Zurich, ETH Zurich)的研究人員開發出一種創新技術,僅用陽光和空氣就能生產液態烴燃料。

    在蘇黎世ETH機械實驗室大樓屋頂的新型太陽能小型煉油廠中,科學家們全球首次展示真實現場條件下的完整熱化學流程。研究人員打造的這座太陽能發電廠能生產合成液體燃料,這些燃料在燃燒過程中釋放出的二氧化碳(CO2),和其原料空氣一樣多。

    設置於研究大樓屋頂的實驗裝置。圖片來源:蘇黎世ETH新聞稿

    該製程直接從環境空氣中提取二氧化碳和水,用太陽能分解產生合成氣體,即氫氣和一氧化碳的混合物。合成氣體可以加工成煤油、甲醇或其他烴類。這些加入式燃料可以用於目前全球的運輸基礎設施。

    負責開發此技術的團隊是ETH再生能源載具教授史坦菲爾德(Aldo Steinfeld)和他的研究小組。「這個電廠證實,碳中和(Carbon-neutral)的碳氫燃料,可以在真實的條件下由陽光和空氣製成」史坦菲爾德說,「熱化學過程利用整個太陽光譜並在高溫下進行,反應快、效率高。」

    實驗結果顯示,這座設在ETH屋頂上的太陽能小型「煉油廠」,即使以蘇黎世的氣候條件,該技術也是可行的,每天可產生大約一公合的燃料。

    在歐盟太陽能液體計畫(EU sun-to-liquid)架構下,史坦菲爾德和研究團隊正在馬德里附近的太陽能塔中,對他們的太陽能反應爐進行大規模測試。該太陽能發電廠也和蘇黎世的小型煉油廠同時於6月13日在馬德里公開展示。

    這套新系統的流程鏈結合了三個熱化學轉化過程:

    首先,從空氣中提取二氧化碳和水。第二,太陽能熱化學分解二氧化碳和水。第三,液化成碳氫化合物。

    二氧化碳和水都是透過吸收/脫附過程直接從環境空氣中提取,接著在拋物面反射器的焦點處送入太陽能反應器。

    太陽輻射能在焦點處聚集3,000倍,在太陽能反應爐內產生1,500°C的溫度。

    太陽能反應爐的核心是由二氧化鈰製成的陶瓷結構,能夠進行兩步驟的氧化還原循環,將水和二氧化碳分解成合成氣,接著透過一般的甲醇或費托合成(Fischer–Tropsch process)將氫和一氧化碳混合物加工成液態烴燃料。

    碳中和燃料是發展永續性航空和海上運輸的關鍵。

    史坦菲爾德的研究已經衍生出兩間公司:2016年成立的Synhelion公司將太陽能燃料生產技術商業化;2010年成立的Climeworks公司將從空氣中捕獲二氧化碳的技術商業化。

    下一個計畫的目標是擴大技術規模,使其具有經濟競爭力。「一個面積一平方公里的太陽能發電廠每天可生產20,000升煤油,」Synhelion公司董事兼技術長、曾是史坦菲爾德實驗室博士生的富勒(Philipp Furler)說。

    「理論上,一座面積相當於整個瑞士或1/3個加州莫哈韋沙漠的電廠,就可以滿足整個航空業的煤油需求,」富勒說,「我們未來的目標是利用我們的技術高效生產永續燃料,減少全球二氧化碳排放。」

    ※ 全文及圖片詳見:ENS

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