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塔式反应器
正在那里它为火油或甲醇等液态碳氢化合物燃料
更新时间:2022-08-21

前期的时候,为了测试这个概念,研究人员正在建建物的屋顶上成立了一个小型的 5 kW 试点系统。每天正在断断续续的阳光下运转 7 小时,该设备每天可以或许出产 32 毫升(1.1 盎司)的甲醇。

国际能源署的数据显示,全球航空业二氧化碳排放量正在过去20年内敏捷上升,正在2019年达到近10亿吨,相当于全球化石燃料燃烧发生二氧化碳排放量的2.8%。

近日,研究人员设想了一种利用水、二氧化碳和阳光来制制航空燃料的出产系统,该系统已正在野外现场前提下运转。其正在《焦耳》上颁发的相关论文称,这一新设想或将帮帮航空业实现碳中和。

做为欧盟“太阳能燃油”(SUN-to-LIQUID)项目标一部门,斯坦因菲尔德团队开辟了一种系统,该系统操纵太阳能出产可间接利用的燃料,这些燃料是火油和柴油等化石衍生燃料的合成替代品。斯坦因菲尔德说,太阳能制制的火油取现有的航空根本设备完全兼容,可用于喷气策动机的燃料储存、分派和最终利用。它还能够取化石衍生的火油夹杂。

正在联袂迈向碳中和的大趋向下,航空业减碳步履刻不容缓。正如英国克兰菲尔德大学宇航学院院长伊恩·格雷所称,零碳是航空业的沉中之沉,需要一系列立异来应对这一挑和。

最初,这种合成气被送入塔底的气液转换器 (GtL),发生含有16%火油和40%柴油的液相,以及含有7%火油和40%柴油的蜡相。试验证明铈基陶瓷太阳能反映堆确实发生了脚够纯的合成气,可认为合成燃料。

该论文的通信做者、苏黎世联邦理工学院传授阿尔多·斯坦因菲尔德称,这是初次正在完全集成的太阳能塔系统中展现从水和CO2到火油的整个热化学过程链。以前通过利用太阳能出产航空燃料的测验考试大多是正在尝试室中进行的。

抛物面集中器将太阳光以 3,000 倍的倍数聚焦到太阳能反映堆上,发生 1500 °C的温度。反映器内部是一个由氧化铈制成的陶瓷布局,它从进入的二氧化碳和水中接收氧气,发生氢气和一氧化碳——合成气。

该团队暗示,系统的全体效率(通过合成气的能量含量占太阳能输入总量的百分比来权衡)正在此实施中仅为4%摆布,但通过收受接管和轮回更多的热量,并改变二氧化铈的布局,该系统的效率将有但愿提高到20%以上。

若是客运量继续以疫情前的速度增加,每个轮回平均持续53分钟,正在9天时间里,正在测试尝试中,且这一数字估计还会持续添加。按照国际航空运输协会(IATA)的数据,正在气候答应的环境下每天运转6到8个周期。按照相关研究,将来30年航空排放量增幅将是1990-2019年间的3倍以上。但研究人员并没有精确申明合成气加工后变成了几多火油和柴油,因而我们无法得出这个试验工场每天产量的切当数字。目前形成天气变化的报酬排放中约有5%归因于全球航空,总尝试时间为55小时。研究人员运转该系统9天,尝试性中试工场总共出产了大约5191升的合成气。

2017年,该团队起头扩大设想规模,并正在西班牙IMDEA能源研究所建制了一座太阳能燃料出产厂。该工场由169个太阳反射板构成,每个具有 3 平方米的概况积,将太阳光从头导向位于15米高地方塔顶的太阳能反映器中的一个16厘米的孔。该反映堆平均领受约 50 千瓦的太阳能热能。

合成气本身能够收集起来利用,也能够通过漏斗输送到第三个安拆,正在那里它为火油或甲醇等液态碳氢化合物燃料。

随后,集聚的能量用于驱动两步热化学氧化还原轮回。将水和纯二氧化碳送入基于多孔布局二氧化铈的反映器,将它们同时为氢气和一氧化碳,即合成气。由于上述反映都正在一个腔室中完成,所以能够调整水和二氧化碳的比例以及时办理合成气的切当成分。

然而,因为航空业对能源的品种和能量密度要求较高,无法利用一般的洁净能源做为动力源。合成火油正在化学上取化石基喷气燃料不异,一曲被认为是航空部分脱碳的最简单方式,然而它的出产成本较高,可持续航空燃料 (SAF) 的出产成本也很高。因而目前,正在全球范畴内,尚没有可承担的洁净的替代方案可为长途贸易航班供给动力。

斯坦因菲尔德评价说:“这个太阳能塔式燃料厂的运转取工业实施相关,为可持续航空燃料的出产树立了一个手艺里程碑。太阳能塔燃料厂代表了正在全球范畴内实施太阳能燃料出产的可行路子。”

该系统由三个单位构成——一个间接空气捕捉单位、一个太阳能氧化还原单位和一个气-液单位。第一部门吸入空气,并操纵吸附感化将二氧化碳和水吸出。然后将它们通过管道输送到第二个单位,正在那里操纵太阳能来触发化学反映。

正在航空业掀起的低碳燃料和可持续飞翔的中,多合一太阳能燃料塔将会帮力航空业迈向低碳的将来。

二氧化铈是太阳能反映堆中最环节的组件,正在制制坚忍的多孔布局方面取得进一步进展仍然至关主要。替代性的材料成分,例如钙钛矿或铝酸盐,能够正在更低、更暖和的温度或等温前提下发生脚够的氧化还原能力。对腔体几何外形和聚光光学系统的调整,即通过插手二次复合抛物面聚光器,能够进一步提高腔内辐射通量分布的平均性,从而减轻热应力。扩大太阳能燃料工场规模的另一种方式是利用一组并排陈列的太阳能腔领受器模块,每个模块都毗连到蜂窝状布局的六边形聚光器。

 

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