Paliwo może powstawać z powietrza i światła słonecznego!

Reaktor na paliwo słoneczne wykorzystuje ciepło ze skoncentrowanego światła słonecznego do przekształcania CO₂ i wody w gaz syntezowy.

Reaktor do wytwarzania paliwa z powietrza i światła słonecznego fot. ETH Zürich
Reaktor do wytwarzania paliwa z powietrza i światła słonecznego | fot. ETH Zürich

Inżynierowie z ETH Zürich zademonstrowali pilotażowy system, który może wytwarzać paliwa ze światła słonecznego i powietrza. Urządzenie wychwytuje dwutlenek węgla i wodę z atmosfery i wykorzystuje energię słoneczną do przekształcenia ich w gaz syntezowy, który jest następnie przekształcany w płynne paliwo, które jest zasadniczo neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla.

Dzięki lepszemu zrozumieniu szkód powodowanych przez ludzkie emisje dwutlenku węgla, włożono wiele pracy, aby przejść na pojazdy elektryczne, energię wodorową, ogniwa paliwowe i inne zrównoważone formy energii. Postępy te będą jednak wymagać dużych zmian w istniejącej infrastrukturze, co może spowolnić ich wdrażanie.

W międzyczasie przyzwoitym rozwiązaniem mogą być paliwa syntetyczne. Są one wykonane tak, aby naśladować obecne ciekłe paliwa węglowodorowe, ale są produkowane ze źródeł odnawialnych, takich jak biomasa, produkty odpadowe lub węgiel występujący już w atmosferze. A ponieważ zastępują lub uzupełniają paliwa kopalne, można je „wrzucić” do istniejących silników i infrastruktury.

W ramach nowych badań naukowcy z ETH Zurich opracowali i przetestowali nowy system, który może wytwarzać te paliwa typu drop-in przy użyciu tylko światła słonecznego i powietrza. Powstałe paliwo jest neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, uwalniając tylko tyle dwutlenku węgla podczas spalania, ile zostało pierwotnie usunięte z powietrza do jego produkcji.

System składa się z trzech jednostek – jednostki bezpośredniego wychwytywania powietrza, słonecznej jednostki redoks oraz jednostki gaz-ciecz. Pierwsza sekcja zasysa powietrze z otoczenia i wykorzystuje adsorpcję do wyciągnięcia z niego dwutlenku węgla i wody. Są one następnie przesyłane do drugiej jednostki, gdzie energia słoneczna jest wykorzystywana do wyzwalania reakcji chemicznych.

Koncentrator paraboliczny skupia światło słoneczne 3000 razy na reaktorze słonecznym, wytwarzając temperaturę 1500 °C (2732 °F). Wewnątrz reaktora znajduje się ceramiczna struktura wykonana z tlenku ceru, który absorbuje tlen z napływającego dwutlenku węgla i wody, wytwarzając wodór i tlenek węgla – gaz syntezowy. Sam gaz syntezowy można zebrać do wykorzystania lub skierować do trzeciej jednostki, gdzie jest przetwarzany na ciekłe paliwa węglowodorowe, takie jak nafta lub metanol.

Aby przetestować koncepcję, naukowcy ustawili na dachu budynku niewielki system pilotażowy o mocy 5 kW. Działając przez siedem godzin dziennie w przerywanym świetle słonecznym, urządzenie było w stanie wyprodukować 32 ml (1,1 uncji) metanolu każdego dnia.

To nie jest dużo, ale zespół twierdzi, że to pokazuje działanie tej koncepcji i może zostać przeskalowana do produkcji komercyjnej. Elektrownia na dużą skalę mogłaby wyglądać jak słoneczna elektrownia cieplna z polem koncentratorów skupiającym światło słoneczne na centralnej wieży. Zespół oblicza, że ​​elektrownia wykorzystująca 10 takich pól, z których każde gromadzi 100 MW energii słonecznej, może wyprodukować 95.000 litrów (25.000 gal) nafty dziennie. To wystarczy, aby dostać się Airbusem A350 z Londynu do Nowego Jorku i z powrotem.

Zespół szacuje, że aby pokryć całe zapotrzebowanie na naftę w lotnictwie, potrzeba około 45.000 km² (17.375 mil kwadratowych) elektrowni słonecznych. Niestety, wysokie koszty początkowe utworzenia tych elektrowni spowodowały, że paliwa te byłyby droższe niż paliwa kopalne, które zastępują, więc potrzebne byłyby dotacje i wsparcie, aby je uruchomić, co może ograniczyć ich rentowność.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature. Zapoznaj się z systemem na poniższym filmie.

źródło: ETH Zürich