CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：2019年，全球共消耗了3億噸由化石燃料為原料制造的航空燃料。但在全球面臨碳排放壓力的大能源背景下，如何生產(chǎn)出低碳甚至無碳的航空燃料已被人類列上日程。

目前，一家瑞士初創(chuàng)企業(yè)Synhelion正在加速推進(jìn)兩條太陽能航空燃料路線的商業(yè)化（太陽能重整法與100%無碳技術(shù)），該技術(shù)未來會對長途空運和海運等運輸行業(yè)產(chǎn)生重要影響。

該技術(shù)基本原理為：利用大面積的聚光鏡場搜集太陽能熱能，然后在一個反應(yīng)器中催化二氧化碳和水分子重新排列合成可制成航空燃料的碳?xì)浠衔铩?/strong>（了解詳情可參考此前報道：基于聚光集熱技術(shù)的太陽能航空燃料項目正加速推進(jìn)，2022年或?qū)崿F(xiàn)銷售）【也可觀看下文介紹視頻】

由于需要巨大的太陽能聚光鏡場，按照科學(xué)家們的設(shè)想，類似項目更首選建設(shè)在陽光充足的沙漠地區(qū)。那么，多大面積的沙漠可以滿足全球航空燃料的使用需求呢？

太陽能重整：5000平方公里；100%無碳技術(shù)：50000平方公里

太陽能重整技術(shù)路線為Synhelion公司計劃先推出的一條太陽能轉(zhuǎn)化路線——即基于目前相對成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技術(shù)進(jìn)行太陽能重整，從而盡快生產(chǎn)出可推向市場的相對低碳的太陽能燃料產(chǎn)品（碳排放可降低50%）。

按照計劃，Synhelion到2030年將運營100個基于太陽能重整技術(shù)的太陽能燃料項目，每個項目可年產(chǎn)500萬噸太陽能燃料。針對該品類燃料的商業(yè)推廣將于2022年開始，預(yù)計每升燃料成本在50美分到1美元之間。

根據(jù)Synhelion首席技術(shù)官Philipp Furler的說法，如果這100個每年生產(chǎn)500萬噸太陽能轉(zhuǎn)化燃料的設(shè)施都在世界上同一個地方，那么總的土地需求量將約為80平方公里。而要在一個太陽能改造項目上生產(chǎn)出每年300兆噸的全球需求量，則需要大約5000平方公里。

如果采用100%無碳技術(shù)（完全由二氧化碳和水制成，計劃2030年實現(xiàn)），由于反應(yīng)過程需要更高的溫度（1500℃左右），因此需要更多的空間來搜集太陽熱能。

按照Philipp Furler計算，如果使用純H2O/CO2裂解產(chǎn)生的二氧化碳中性燃料來滿足全球航空燃料需求，需要大約50000平方公里土地。

以澳大利亞為例，如果一家“太陽能煉油廠”利用太陽能從空氣中捕獲的二氧化碳+水制造出全世界所需的所有航空燃料——全部集中在一個地點，那么鏡場可以從Paraburdoo一直延伸到西澳大利亞沙漠中的Capricorn。

圖：紅色地區(qū)為適合太陽能重整項目區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域為適合100%無碳技術(shù)區(qū)域

Philipp Furler表示，在一個國家建太陽能煉油廠來滿足全球需要并不現(xiàn)實，有合適條件的國家可以選擇首先滿足本國需求，這種項目將來有望分布在世界各地光資源優(yōu)越的地區(qū)。

哪些國家/地區(qū)更適合建設(shè)？

目前來自德國Bauhaus Luftfahrt研究實驗室的Christoph Falter正在與Philipp Furler密切合作，開展太陽能航空燃料廠適合建設(shè)區(qū)域的相關(guān)研究。

Christoph Falter與團(tuán)隊發(fā)布的最新一篇論文《太陽能熱化學(xué)噴氣燃料生產(chǎn)的地理潛力》便揭示了哪些國家適合發(fā)展該技術(shù)，充分考慮到了光資源、燃料運輸?shù)难睾Ｍǖ酪约笆欠裼凶銐虻倪m用土地資源等因素。

研究發(fā)現(xiàn)，許多國家都具備利用該技術(shù)滿足本國的航空燃料需求并履行減少溫室氣體排放承諾的條件，同時大約10個國家具備滿足全球航空燃料需求的發(fā)展?jié)摿?，其中一些國家的潛在產(chǎn)能甚至可以超出全球需要。

比如澳大利亞的潛在產(chǎn)能便可以達(dá)到目前全球需求的18倍；像阿爾及利亞和沙特阿拉伯這樣的沙漠國家潛在產(chǎn)能可以達(dá)到目前全球需求的4-5倍；而美國僅西南部的潛在產(chǎn)能可以達(dá)到目前全球需求的2.5倍左右。

Christoph Falter表示：“這一切都可以在一個國家完成，可以在一個相對較小的沙漠等非農(nóng)田地區(qū)生產(chǎn)大量的低碳或無碳航空燃料，同時項目也并不需要靠近城市，這樣就不會打擾很多居民。”

成本為是否適合建廠的重要參考指標(biāo)

據(jù)悉，關(guān)于該技術(shù)的發(fā)展計劃主要基于預(yù)期可實現(xiàn)較高的太陽能反應(yīng)堆效率，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化效率至少需要達(dá)到15%以上才能使太陽能航空燃料生產(chǎn)成本具備競爭力，而更高的效率則將進(jìn)一步降低成本。

據(jù)測算，假如美國利用該技術(shù)來滿足自身的航空燃料需求（每年7.7億噸），一旦效率達(dá)到15%，燃料成本將低于2歐元/升。

據(jù)Philipp Furler此前向海外媒體透露，該公司研發(fā)團(tuán)隊已將太陽能反應(yīng)堆的效率從五年前的1%提升至5%，同時根據(jù)相關(guān)試驗測試，他相信未來可以實現(xiàn)20%以上的反應(yīng)堆效率，從而使生產(chǎn)出的太陽能燃料更加經(jīng)濟(jì)。

同時，除了光資源和土地資源，金融基礎(chǔ)設(shè)施完備與否也極大影響該類項目的開發(fā)建設(shè)。

Christoph Falter表示，生產(chǎn)成本無疑是是否適合建廠的關(guān)鍵指標(biāo)，如果在美國或澳大利亞陽光明媚的地區(qū)建廠便可以更便宜地生產(chǎn)燃料，因為在這些國家融資更加便宜。

圖：一個位于美國德州Seminole和Lamesa之間、占地5000平方公里的太陽能燃料生產(chǎn)基地可以通過太陽能重整來滿足全世界的航空燃料需求

雖然澳大利亞國內(nèi)對噴氣燃料的需求很小，但西部沿海沙漠空曠，是最適合為全球需求提供100%太陽能噴氣燃料的地區(qū)之一。Christoph Falter指出，如果太陽能反應(yīng)堆效率達(dá)到15%，澳大利亞生產(chǎn)的燃料成本將低于2.1歐元/升，效率達(dá)到25%時成本則略高于1.7歐元/升。

據(jù)測算，如果把太陽能反應(yīng)堆效率從15%提高到25%，生產(chǎn)成本就將降低20%左右。在基準(zhǔn)情況下，全球航空燃料需求可以以1.58至1.83歐元/升的成本支付，而生產(chǎn)地點則在南美、美國和地中海地區(qū)。

此外，研究人員在充分考慮包括貸款利率、通貨膨脹率和當(dāng)?shù)氐呢斦顩r等因素的條件下，比較了每個國家生產(chǎn)其國內(nèi)噴氣燃料需求的成本。

據(jù)論文，基準(zhǔn)案例始于以色列和智利的最低生產(chǎn)成本，這兩個國家的名義加權(quán)平均資本成本都相對較低，分別約為5%和7%，通脹率接近0%和3%（2013-2017年）。盡管在地中海地區(qū)沒有最好的太陽能資源，但以色列通過其有利的低資本成本實現(xiàn)了非常低的生產(chǎn)成本。另一方面，埃及擁有該地區(qū)最好的太陽能資源，其名義加權(quán)平均資本成本高出23.3%，通貨膨脹率高達(dá)12.3%，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高。

而在資本成本較高的地區(qū)，糟糕的金融環(huán)境將抵消光資源和土地資源的優(yōu)勢。

研究表明，雖然非洲南部太陽輻射數(shù)據(jù)也相對較高，從技術(shù)角度來說這一區(qū)域非常合適，而且生產(chǎn)潛力超過了南美洲選定國家的生產(chǎn)潛力。但是，該區(qū)域的國家資本成本普遍較高，博茨瓦納最低的名義加權(quán)平均資本成本為8.8%，南非和納米比亞約為13%，安哥拉高達(dá)18.4%。

據(jù)此測算，博茨瓦納的生產(chǎn)成本為2.13歐元/升，而納米比亞和南非的生產(chǎn)成本最低，分別為2.51歐元/升和2.53歐元/升。安哥拉的資本成本非常高，無法生產(chǎn)低于4.8歐元/升的太陽能噴氣燃料。因此，在非洲南部，利用博茨瓦納最好的項目地資源，滿足區(qū)域需求可以實現(xiàn)2.14歐元/升的平均成本，滿足全球需求成本約為2.32歐元/升。

研究認(rèn)為，與其他可再生燃料生產(chǎn)途徑不同，太陽能熱化學(xué)途徑在資源與成本下降潛力方面均具有一定優(yōu)勢，以相對恒定的成本生產(chǎn)幾乎無限量的航空燃料非常可期。