CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：目前，在全球第七大石油公司意大利埃尼（Eni）的幫助下，一家瑞士初創(chuàng)企業(yè)Synhelion正在加速推進(jìn)兩條太陽(yáng)能噴氣燃料路線的商業(yè)化，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)會(huì)對(duì)長(zhǎng)途空運(yùn)和海運(yùn)等運(yùn)輸行業(yè)產(chǎn)生重要影響。

據(jù)Synhelion公司CTO Philipp Furler近日介紹，該公司計(jì)劃分兩個(gè)階段銷售航空燃料，第一階段到2022年，實(shí)現(xiàn)將基于甲烷合成技術(shù)完成太陽(yáng)能重整后生產(chǎn)的太陽(yáng)能噴氣燃料（碳排放降低50%）進(jìn)行銷售；第二階段到2030年，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能噴氣燃料的規(guī)?；a(chǎn)，原料全部來(lái)自空氣中捕獲的二氧化碳和水，100%無(wú)碳。

圖：Synhelion用于太陽(yáng)能噴氣燃料生產(chǎn)的聚光塔式鏡場(chǎng)

據(jù)CSPPLAZA此前報(bào)道，蘇黎世聯(lián)邦理工工學(xué)院ETH Zurich主導(dǎo)推進(jìn)的“SUN-to-LIQUID”（太陽(yáng)能燃油）項(xiàng)目2019年成功實(shí)現(xiàn)了首次合成，而Synhelion便是ETH基于該計(jì)劃衍生出來(lái)的技術(shù)公司之一，該公司主要負(fù)責(zé)推進(jìn)太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，而另一衍生公司Climeworks則主要負(fù)責(zé)推進(jìn)從空氣中捕獲二氧化碳技術(shù)的商業(yè)化。

圖：位于蘇黎世聯(lián)邦理工工學(xué)院屋頂?shù)木酃夥磻?yīng)器

圖：生產(chǎn)出的太陽(yáng)能燃料

該技術(shù)由三個(gè)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程組成：

首先，從空氣中提取二氧化碳和水；第二，太陽(yáng)能熱化學(xué)分解二氧化碳和水；第三，液化成碳?xì)浠衔铩?/p>

二氧化碳和水都是透過(guò)吸收/脫附過(guò)程直接從環(huán)境空氣中提取，同時(shí)將聚光系統(tǒng)搜集到的熱量送入太陽(yáng)能反應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1500°C的溫度。

太陽(yáng)能反應(yīng)爐的核心是由二氧化鈰制成的陶瓷結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行兩步驟的氧化還原循環(huán)，將水和二氧化碳分解成合成氣，接著透過(guò)一般的甲醇或費(fèi)托合成（FischerTropsch process）將氫和一氧化碳混合物加工成液態(tài)烴燃料。

詳見如下介紹視頻：

據(jù)Philipp Furler此前向海外媒體透露，該公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)已將太陽(yáng)能反應(yīng)堆的效率從五年前的1%提升至5%，同時(shí)根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試，他相信未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)20%以上的反應(yīng)堆效率，從而使生產(chǎn)出的太陽(yáng)能燃料更加經(jīng)濟(jì)，但前提是要經(jīng)過(guò)更大規(guī)模的測(cè)試。

圖：Synhelion研究人員Philipp Furler（左）和小組在德國(guó)進(jìn)行小規(guī)模200kw的Synhelion太陽(yáng)接收器試驗(yàn)，這個(gè)演示成功地完成了第一次測(cè)試，達(dá)到了超過(guò)1500°C的溫度。

Philipp Furler表示：“我們研究出一種新思路，可以將反應(yīng)過(guò)程中的顯熱進(jìn)行回收，從而將整體效率提升至20%以上。目前該思路在原型機(jī)系統(tǒng)中已被驗(yàn)證可行，但需要進(jìn)行更大規(guī)模的測(cè)試。同時(shí)如果考慮儲(chǔ)熱的話，需要進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模并增加儲(chǔ)罐等設(shè)施，否則通過(guò)側(cè)壁的熱損失將嚴(yán)重影響效果?！?/p>

因此，為了得到更加準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果并實(shí)現(xiàn)更高效率，進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模非常關(guān)鍵。Synhelion計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)逐步將該技術(shù)擴(kuò)大至工業(yè)級(jí)規(guī)模，在此過(guò)程中需要徹底解決因?yàn)橐?guī)模增加帶來(lái)的如何降低技術(shù)成本等一系列工程挑戰(zhàn)。

圖：系統(tǒng)示意圖

由上圖可以看出，左邊部分顯示的太陽(yáng)能接收器用來(lái)接收來(lái)自太陽(yáng)場(chǎng)的太陽(yáng)熱能，中間部分反應(yīng)器利用太陽(yáng)熱能將H2O和CO2重新組合成合成氣，右邊的儲(chǔ)存確保反應(yīng)器始終有它需要的熱量，以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)運(yùn)行。

針對(duì)上文提到的2022年和2030年兩階段計(jì)劃的考慮，Philipp Furler表示：“雖然已證明純水和二氧化碳裂解來(lái)生產(chǎn)燃料遠(yuǎn)期可行，但其產(chǎn)品比目前的化石燃料價(jià)格更貴，現(xiàn)在距市場(chǎng)化應(yīng)用還有距離，需要進(jìn)一步研究突破才可實(shí)現(xiàn)。在這種更先進(jìn)的純熱化學(xué)過(guò)程中，我們將利用聚光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1500°C的熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)該反應(yīng)過(guò)程，我們的目標(biāo)是到2030年將其實(shí)現(xiàn)規(guī)?；！?/p>

但為了更快進(jìn)入市場(chǎng)，Synhelion公司計(jì)劃先推出一條更簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化路線——即基于目前相對(duì)成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技術(shù)進(jìn)行太陽(yáng)能重整，從而盡快生產(chǎn)出可推向市場(chǎng)的相對(duì)低碳的太陽(yáng)能燃料產(chǎn)品。

Synhelion方面認(rèn)為，通過(guò)太陽(yáng)能重整法生產(chǎn)的噴氣燃料將在短期內(nèi)具有商業(yè)可行性，而且成本不會(huì)比現(xiàn)在的噴氣燃料高多少，因?yàn)榧淄樵炊趸己铣扇剂霞夹g(shù)已比較成熟，將其利用太陽(yáng)能重整只是用太陽(yáng)能接收器的熱量代替燃燒天然氣的熱量，該過(guò)程是一個(gè)相對(duì)低溫的過(guò)程，比較易于實(shí)現(xiàn)。

Philipp Furler表示：“太陽(yáng)能重整的溫度在800°C到1100°C之間，這一過(guò)程對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常容易，而且已經(jīng)在工業(yè)中實(shí)施。太陽(yáng)能重整技術(shù)的研究其實(shí)早在幾年前就開始了，而且我們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。我們可以生產(chǎn)一種二氧化碳排放量比化石燃料低50%的燃料，這可以幫我們解決未來(lái)幾年的市場(chǎng)供應(yīng)問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)在一定程度上依賴成熟工業(yè)技術(shù)，也將使我們獲得更快發(fā)展?！?/p>

圖：Synhelion太陽(yáng)能噴氣燃料生產(chǎn)塔示意圖

據(jù)了解，兩個(gè)階段的具體實(shí)施思路為：

太陽(yáng)能重整（計(jì)劃2022年前實(shí)現(xiàn)）：第一步，從空氣中捕獲二氧化碳和水或者可以直接向穩(wěn)定氣源供應(yīng)商采購(gòu)，Synhion將執(zhí)行第二步，將800°C到1100°C的熱量從反射鏡太陽(yáng)場(chǎng)輸送到反應(yīng)堆，完成熱化學(xué)反應(yīng)。然后，合成氣將通過(guò)費(fèi)托合成等標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化為液體燃料，并進(jìn)一步生產(chǎn)出商用航空燃料。

圖：技術(shù)原理示意圖

100%無(wú)碳太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)（計(jì)劃2030年實(shí)現(xiàn)）：第一步，Climeworks公司直接從空氣中捕獲二氧化碳和水；Synhion將執(zhí)行第二步，將1500°C的熱量從太陽(yáng)反射鏡場(chǎng)輸送到反應(yīng)堆，以執(zhí)行熱化學(xué)反應(yīng)，將這些碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為合成氣。第三步，合成氣再次轉(zhuǎn)化為商用航空燃料，就像今天埃尼集團(tuán)這樣的大型油氣公司所做的那樣。