科学家开发可利用二氧化碳、水和阳光生产燃料的屋顶系统

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的工程师们展示了一个试验系统，可以用阳光和空气生产燃料。 该设备从大气中捕获二氧化碳和水，并利用太阳能将其转化为合成气，然后将其转化为基本上是碳中性的液体燃料。

随着对人类二氧化碳排放造成的损害有了更清楚的认识，有大量的工作正在过渡到电动汽车、氢气发电、燃料电池和其他可持续的能源形式。然而，这些进展将需要对现有的基础设施进行大的改变，这可能会减缓其实施。

同时，合成燃料可能是一个不错的解决方案。这些燃料是模仿目前的液体碳氢化合物燃料，但由可再生资源生产，如生物质、废品或大气中已有的碳。而且，由于它们取代或补充了化石燃料，它们可以被"放入"现有的发动机和基础设施中。

在这项新研究中，苏黎世联邦理工学院的研究人员开发并测试了一个新的系统，该系统可以只使用阳光和空气来生产这些燃料。由此产生的燃料是碳中性的，燃烧时释放的二氧化碳与生产时从空气中去除的二氧化碳一样多。

该系统由三个单元组成--一个直接空气捕获单元、一个太阳能氧化还原单元和一个气体变液体单元。第一部分吸入环境空气，并利用吸附作用将二氧化碳和水从其中抽出。然后，这些被输送到第二个单元，在那里，太阳能被利用来触发化学反应。

一个抛物面聚光器将太阳光以3000倍的系数聚焦到太阳能反应器上，产生1500℃的温度。反应器内部是一个由氧化铈制成的陶瓷结构，它从进入的二氧化碳和水中吸收氧气，产生氢气和一氧化碳--合成气。合成气本身可以被收集起来使用，或者可以被输送到第三个单元，在那里它被转化为液体碳氢化合物燃料，如煤油或甲醇。

为了测试这个概念，研究人员在一栋大楼的屋顶上建立了一个5kW的小型试验系统。每天运行7小时后，该设备每天能够生产32毫升的甲醇。

这不是一个整体，但该团队说，这表明这个概念是可行的，可以扩大到商业生产。一个大规模的工厂可能看起来像一个太阳能热电厂，有一排聚光器将阳光集中到一个中心塔上。该团队计算，一个使用10个这样的系统的工厂，每个收集100兆瓦的太阳辐射功率，可以每天生产95000升的煤油。

为了满足航空业对煤油的全部需求，该团队计算出需要大约45000平方公里的太阳能发电厂。不幸的是，建立这些工厂的高额前期费用将使这些燃料比它们所替代的化石燃料更昂贵，因此需要补贴和支持来使它们落地，这可能限制了它们的可行性。

这项研究发表在《自然》杂志上。