用阳光和空气来生产燃料

航空和航运目前约占人为二氧化碳（CO2）排放总量的8%。因此，更低碳的液体燃料，特别是“Drop-in”燃料受到越来越多的关注，“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CO2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。

2021年11月3日，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队在国际顶尖学术期刊Nature发表了题为：Drop-in Fuels from Sunlight and Air 的研究论文。

该研究开发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，但生产流程仍需进行大量优化和改进。

研究团队开发了一种安装在实验室屋顶的太阳燃料系统，该系统由三个关键单元组成：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。

太阳能燃料系统工作原理图

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，这验证了太阳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，第一代商用太阳燃料厂生产的这类燃料将比它们能取代的化石煤油更贵。作者认为，考虑到建设太阳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。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/10.1038/s41586-021-04174-y