Построен завод, который может производить углеродно-нейтральное жидкое топливо из солнечного света и воздуха. Следующей целью будет внедрение этой технологии в промышленные масштабы и достижение конкурентоспособности.
Ученые из ETH Zurich построили завод, который может производить углеродно-нейтральное жидкое топливо из солнечного света и воздуха. Следующей целью будет внедрение этой технологии в промышленные масштабы и достижение конкурентоспособности.
В статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи из Цюриха и Потсдама описывают, как работает этот новый солнечный реактор, и обрисовывают в общих чертах политическую основу, которая обеспечит стимулы для расширения производства «солнечного керосина».
Credit. Research plant in Zurich: The chemical process is powered by solar energy. ETH Zürich / Alessandro Della Bella
Углеродно-нейтральные виды топлива имеют решающее значение для обеспечения устойчивости авиационного и морского транспорта. Завод, разработанный в Цюрихе, может быть использован для производства синтетических жидких топлив, выделяющих при сгорании столько же CO2, сколько ранее извлекалось из воздуха для их производства. CO2 и вода извлекаются непосредственно из окружающего воздуха и расщепляются с использованием солнечной энергии. Этот процесс дает синтетический газ, смесь водорода и монооксида углерода, который затем перерабатывается в керосин, метанол или другие углеводороды.
Группа исследователей под руководством Альдо Штайнфельда, профессора возобновляемых источников энергии в ETH Zurich, последние два года эксплуатирует мини-солнечный завод на крыше здания машинной лаборатории ETH в Цюрихе. «Эта установка успешно демонстрирует техническую осуществимость всего термохимического процесса преобразования солнечного света и окружающего воздуха в топливо. Система стабильно работает в реальных солнечных условиях и обеспечивает уникальную платформу для дальнейших исследований и разработок», — говорит Стейнфельд. В настоящее время технология достаточно развита для использования в промышленных приложениях.
Пустыня предлагает идеальные условия
Анализ всего процесса показывает, что топливо стоило бы от 1,20 до 2 евро за литр, если бы оно производилось в промышленных масштабах. Пустынные районы с высокими солнечными ресурсами особенно подходят в качестве производственных площадок.
«В отличие от биотоплива, потенциал которого ограничен из-за нехватки сельскохозяйственных земель, эта технология позволяет нам удовлетворять глобальный спрос на топливо для реактивных двигателей, используя менее одного процента засушливых земель в мире, и не будет конкурировать с производством продуктов питания или животноводством», — объясняет Йохан Лиллиестам, руководитель исследовательской группы Института перспективных исследований в области устойчивого развития (IASS Potsdam) и профессор энергетической политики в Потсдамском университете.
Если материалы, используемые для строительства производственных объектов, такие как стекло и сталь, производятся с использованием возобновляемых источников энергии и углеродно-нейтральных методов, выбросы могут быть дополнительно сокращены почти до нуля.
Нужна поддерживающая политика
Однако, учитывая высокие первоначальные инвестиционные затраты, солнечному топливу потребуется политическая поддержка для выхода на рынок.
«Существующие инструменты поддержки Европейского Союза — торговля квотами на выбросы и компенсация — недостаточны для стимулирования рыночного спроса на солнечное топливо. В связи с этим мы предлагаем принять европейскую систему квот для конкретных технологий для авиационного топлива. Это потребует авиакомпаниям получать определенную долю топлива из солнечных источников», — объясняет Лиллиестам.
Авторы исследования рекомендуют долю 0,1 процента на самой ранней стадии внедрения на рынок, когда цена «солнечного керосина» будет высокой, а производственные мощности низкими. Это мало повлияет на стоимость полетов, но будет способствовать строительству производственных мощностей и запустит кривую обучения, которая может привести к технологическим усовершенствованиям и снижению цен. Затем квота может быть постепенно увеличена до тех пор, пока солнечный керосин не выйдет на рынок без дополнительных мер поддержки.
Источник: Remo Schäppi, David Rutz, Fabian Dähler, Alexander Muroyama, Philipp Haueter, Johan Lilliestam, Anthony Patt, Philipp Furler, Aldo Steinfeld. Drop-in Fuels from Sunlight and Air. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-04174-y