cô lập cacbon. sản xuất hydro. Nhiên liệu tổng hợp. Tất cả các công nghệ này đã được đề xuất như là nguồn lực tiềm năng để đối phó với các cuộc khủng hoảng do khí thải carbon dioxide gây ra. Mặc dù họ đã làm việc trong các buổi giới thiệu nhỏ, nhưng hầu hết họ đều chưa chứng tỏ được khả năng mở rộng quy mô để cung cấp các giải pháp kinh tế mà chúng tôi cần.

Trong khi đó, một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu coi các phương pháp này là một phần của một nền tảng sản xuất gắn kết, duy nhất, chuyển từ ánh sáng mặt trời và không khí sang dầu hỏa. Nhờ một công trình nhỏ trên nóc phòng thí nghiệm ở Zurich, nhóm nghiên cứu đã sản xuất một lượng nhỏ các loại nhiên liệu khác nhau bằng cách sử dụng một vài gương và một vài buồng phản ứng. Trong khi toàn bộ quy trình sản xuất cũng sẽ cần chứng minh khả năng mở rộng, các nhà nghiên cứu tin rằng nền tảng này có thể cung cấp nhiên liệu cho toàn bộ ngành công nghiệp máy bay thương mại bằng cách sử dụng một phần nhỏ đất ở sa mạc.

hoạt động

Chỉ có ba bước liên quan đến quá trình chuyển đổi không khí thành nhiên liệu. Đầu tiên là sự phân tách các thành phần thô, đặc biệt là carbon dioxide và nước. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một đơn vị giao dịch nhỏ của chi nhánh ETH Zurich; Thiết bị sử dụng chu trình làm nóng / làm mát và các amin hấp thụ cả khí cacbonic₂ và h₂O ở nhiệt độ môi trường, và thoát ra khi đun nóng. Quan trọng hơn cả là nguồn nước được cung cấp vô cùng tinh khiết và không cạnh tranh với nhiều loại nước sạch sử dụng khác.

Từ đó, vật liệu được gửi đến một đơn vị khác để chuyển nó thành carbon monoxide và hydro, một lần nữa sử dụng chu trình làm nóng / làm lạnh. Quá trình sử dụng ôxít xeri, phân hủy một phần và giải phóng ôxy ở nhiệt độ cao. Khi trở lại nhiệt độ môi trường, xeri sẽ loại bỏ oxy từ bất kỳ nguồn nào (nước hoặc carbon dioxide) mà nó xuất hiện. Nhiệt lượng cao cần thiết để thúc đẩy quá trình này được cung cấp bởi một loạt các gương tập trung ánh sáng mặt trời chiếu tới, với buồng phản ứng đạt đỉnh hơn 5.000 mặt trời trong quá trình sưởi ấm. Hệ thống sưởi đủ để vận hành đồng thời hai trong số các buồng phản ứng này – một chứa nước và một chứa carbon dioxide – bằng cách dịch chuyển tiêu điểm của các gương qua lại.

Carbon monoxide và hydro tạo thành được đưa đến buồng phản ứng thứ hai, nơi chất xúc tác làm từ đồng thương mại có thể chuyển chúng thành nhiên liệu như metanol hoặc dầu hỏa, với hiệu suất phản ứng được xác định bằng hỗn hợp nguyên liệu chính xác được thiết lập tại chỗ. Bước này đòi hỏi áp suất cao và nhiệt độ cao.

Hệ thống không hoàn toàn khép kín. Các van cần được đóng mở, và cần nén khí. Nhưng sẽ tương đối nhỏ nếu gắn một bảng quang điện và pin để xử lý các tác vụ này. Nhiệt được sử dụng trong bước đầu tiên và bước cuối cùng cũng có thể được cung cấp bằng cách tách nhiệt thải từ nhiệt độ cao hơn được sử dụng trong bước giữa.

Ở quy mô rất nhỏ được sử dụng ở đây, quá trình này diễn ra rất chậm. Trong suốt một ngày, với bảy giờ ánh sáng mặt trời có lợi, cơ sở sản xuất đã tạo ra 32 ml metanol, được trộn với nước như một chất gây ô nhiễm lớn. Việc xen kẽ hỗn hợp phản ứng cho phép sản xuất dầu hỏa, dễ tách hơn nhiều. So với các chất ô nhiễm được tìm thấy trong dầu hỏa có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, kết quả ở đây là tốt. Dầu hỏa tổng hợp thiếu các hóa chất chứa lưu huỳnh và nitơ có xu hướng gây ra muội than và các chất ô nhiễm khác.

Nó sẽ mở rộng?

Nhìn chung, kết quả rất rõ ràng: quy trình có thể hoạt động, nhưng nó không đủ năng suất để đáng kể ở trạng thái hiện tại, vì vậy phần lớn bài báo xem xét việc tối ưu hóa và mở rộng quy mô. Tối ưu hóa thường là một vấn đề bao gồm nhiều cải tiến nhỏ, chẳng hạn như sử dụng tốt hơn nhiệt thải để đảm bảo tất cả nhiệt lượng cần thiết được cung cấp bởi bộ biến tần năng lượng mặt trời. Các mục tiêu khác bao gồm chất xúc tác tốt hơn và các phương tiện lưu trữ khí hiệu quả hơn giữa các bước.

Sau đó là vấn đề về kích thước. Các nhà nghiên cứu ước tính để cung cấp chuyến bay khứ hồi hàng ngày giữa Thành phố New York và London, các nhà nghiên cứu ước tính, cần 10 trang trại gương chiếu trực tiếp ánh sáng mặt trời vào các phòng phản ứng trong một khu vực có ánh sáng mặt trời mạnh và nhất quán. Điều này có nghĩa là bao phủ khoảng 3,8 km vuông sa mạc bằng gương. (Đối với bối cảnh, đây là khoảng một phần tư diện tích của California Cơ sở năng lượng mặt trời Ivanpa.)

Cung cấp tất cả các nhu cầu nhiên liệu máy bay thương mại sẽ đòi hỏi phải chiếm được hơn một nửa của một phần trăm bề mặt của sa mạc Sahara. Điều này có nghĩa là một mảnh đất của gương.

Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng chúng ta có thể sẽ thấy loại giảm chi phí đáng kể trong các nguồn tài nguyên tái tạo khác, bao gồm các công nghệ như Tập trung năng lượng mặt trời. Công nghệ dựa trên gương này đã giảm giá 60% trong 15 năm qua. Nhưng vẫn còn nghi vấn liệu các kiểu giảm giá mà chúng ta đã thấy với quang điện có khả thi hay không, với chi phí vật lý đáng kể của tất cả các gương này và phần cứng liên quan, cũng như chi phí bảo trì để giữ chúng sạch sẽ.

Mặt trái là chi phí CSP tiếp tục giảm và có khả năng phần lớn số tiền tiết kiệm được sẽ được áp dụng cho hóa học truyền nhiệt như thế này. Có thể khái niệm cơ bản này – hóa học xanh sử dụng năng lượng mặt trời – có thể được điều chỉnh để sản xuất nhiên liệu có giá trị cao hơn dầu hỏa.

bản chất nóng nảy, Năm 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-04174-y (Về DOIs).