空气燃料实验系统“梦想成真”

太阳能燃料系统。该装置位于苏黎世联邦理工学院机器实验室大楼楼顶。图片来源：苏黎世联邦理工学院

科技日报讯 （记者张梦然）英国《自然》杂志11月4日发表一项工程学研究，瑞士科学家团队报告了一种用阳光和空气生产燃料的实验系统，且该系统能在日常条件下运转。这项研究或为生产碳中和的碳氢燃料铺平道路，但在现阶段，生产流程仍需进行大量优化和改进。

航空和航运目前约占人为二氧化碳排放总量的8%。“Drop-in”燃料是一种很有前景的替代燃料源，这是一种合成版本的石油衍生液态烃（例如煤油、汽油或柴油都是液态烃），能在太阳能的帮助下用水和二氧化碳制成。之前演示过这种太阳能燃料生产过程的独立步骤，但在真实世界条件下运行完整步骤和优化后的系统一直很有难度。

此次，瑞士苏黎世联邦理工学院研究人员阿尔多·斯坦菲尔德及其同事，描述了一种安装在实验室屋顶的太阳能燃料系统，该系统由3个关键单元组成：一个是直接空气捕获装置，能从空气中提取二氧化碳和水；一个是太阳氧化还原装置，能利用太阳能将二氧化碳和水转换为一氧化碳和氢的混合物（合成气）；还有一个气转液装置，能将合成气转换为液态烃或甲醇。该实验系统能在间歇性太阳辐射下顺利、稳定地运转，在一天7小时的典型工作时间里能产生32毫升的甲醇，验证了太阳能燃料生产流程的技术可行性。

研究团队评估了他们的系统所需的升级方案，从而有望满足全球范围内的航空煤油消耗量（2019年为4140亿升）。据估算，所有太阳燃料生产厂的总土地足迹大概在4.5万平方公里，相当于撒哈拉沙漠面积的0.5%左右。不过，第一代商用太阳能燃料厂生产的这类燃料将比它们能取代的化石煤油更贵。

这种装置制造的燃料是碳中性的，因为它们燃烧释放的二氧化碳与制作时提取的二氧化碳量一样。研究人员认为，考虑到建设太阳能燃料厂所需的初始投入成本较高，有必要制定支持政策来推进这些燃料的大规模部署。