利用空氣製造的永續燃料或可解決能源危機
利用陽光和空氣生產燃料的煉油廠……這個場景聽上去像是科幻小說。然而瑞士科學家不但宣稱已經做到了，還開發出一種生產永續燃料的潛在可擴增方式。如今一家瑞士相關企業正在努力將這種技術商業化。
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坐落在蘇黎世市中心一個屋頂上的這架白色裝置貌似007影片裡的衛星天線，頂上冒出的部分指向天空，但它卻不是用來追踪秘密通訊信號的。這個獨特的裝置–一個小型太陽能燃料生產設備–由蘇黎世聯邦理工(ETHZ)的科學家製造，其目的是表明有可能僅用陽光和空氣生產碳中性燃料。
經過兩年的可行性研究，研究人員表示，他們的示範性太陽能燃料生產設備已經證實了這套生產過程的“穩定和可靠”運行。研究結果最近被發表在《自然》雜誌上。
領導這個團隊的蘇黎世理工大學教授阿爾多·施泰因費爾德(Aldo Steinfeld)告訴瑞士資訊swissinfo.ch：“這是一次令人驚喜的探索之旅，一路上有失敗也有成功。”20多篇博士論文為這個長達十年的計畫貢獻良多。
他們的發現可以為生產工業用數量的“滴入式燃料”(drop-in fuels)鋪平道路。所謂滴入式燃料，是指可用現有輸油管運輸、無需另建專用設施，且可與石油及石油產品混用的合成版本的液態烴，可作為煤油、汽油或柴油等(這些都是液態烴)傳統化石燃料的替代品。這種燃料能對綠色轉型產生巨大影響，並有助於使長途航空和海上航運更具可永續價值，而這兩個運輸部門就佔全球溫室氣體排放量的8%。但要擴大這一生產過程，將其推向市場，仍需做很多工作。
多階段熱化學過程
這套小型太陽能燃料生產系統通過一個多階段熱化學過程(觀看下面的動畫)，從陽光和空氣中生產出煤油或甲醇等液體燃料。首先，一個“直接空氣吸收裝置”從環境空氣中同時提取二氧化碳和水；之後，碗狀反射器將陽光集中3000倍，在一個小型太陽能反應器中產生1500攝氏度高溫；在反應器裡，氧化鈰被還原，而氧氣則被釋放。在第二步中，二氧化碳和水被加入，以產生所謂的合成氣(一氧化碳和氫氣)。到第三即最後階段，一個氣轉液裝置將合成氣轉化為液態碳氫化合物(液態烴)或甲醇。
目前這個太陽能燃料生產設備在典型的七小時操作中，能從100升合成氣中生產將近50毫升的純甲醇。研究人員表示，這一產出太少，尚不能用於驅動任何車輛，但它明確展示了該過程的可行性，是一個“重要的里程碑”。
基礎性研發將繼續在蘇黎世及馬德里市郊的一座太陽能塔內進行。與此同時，由施泰因費爾德教出的博士生創辦的兩家瑞士相關企業– Climeworks和Synhelion–正致力於將這些技術推向市場。 Climeworks在把從空氣中吸取到的二氧化碳的技術商業化，而Synhelion則在做從二氧化碳中生產太陽能燃料技術的商業化。
施泰因費爾德宣稱：“一對完美的瑞士製造組合。”
規模擴增
設在蘇黎世的Synhelion目前有20名員工，上月該公司宣布已從投資商處籌集到1600萬瑞郎(約合美金1709萬元)，以加速太陽能燃料技術的商業化。
部分資金將用於世界首座工業化太陽能燃料生產廠的建設與運營，這個廠設在德國西部於利希(Jülich )的德國航空中心(DLR)。
這個中心為瑞士企業家提供了大規模的基礎設施。 Synhelion還得到德國聯邦經濟事務和能源部(BMWi)的財政支持，該部最近剛向他們的項目投資392萬歐元(約合美金432.43萬元)。
“我們正在完成最後的安裝工作，將於2022年初開始系統調試。之後我們會建設公司的首個工業化規模生產廠……它包含了自己的鏡場、太陽能塔、接收器、反應器和熱能存儲系統。在太陽能塔旁將安裝一個費托(Fischer-Tropsch)燃料合成系統，用來把合成氣轉化為液態燃料，”Synhelion總裁兼創辦人菲利普·富勒(Philipp Furler)解釋。
他也承認，德國和瑞士缺乏恆定的日照，因而不是進行太陽能燃料生產的理想地點。但於利希是個完美的研發中心。
“這是以工業化規模從頭到尾展示這項技術的最迅速、最簡便的方式，”他評價說。
下一步將是在日照充沛的西班牙建造一個規模稍大的商業化生產廠，能夠不間斷運營以生產數量更大的燃料，進而降低生產成本。
Synhelion有多個雄心勃勃的計劃。從2023年起，於利希的生產廠應能開始每年生產1萬升太陽能燃料。一朝西班牙的廠於2025年投入運營，每年產量應可提升至160萬升。富勒的公司已在計劃到2030年將產量目標定在每年8.75億升。
太陽能燃料配額
Synhelion和Climeworks吸引了多方興趣。上個月瑞士環境部長西蒙奈特·索馬魯嘎(Simonetta Sommaruga)參觀了蘇黎世的這兩家公司，進一步了解他們的工作。會談還觸及了接下來的生產步驟及政府支持。
儘管技術已有長足進步，但仍需各種更動以提高效率。富勒指出，主要的挑戰涉及把關鍵性組成部分整合進整套系統。
專家稱，發展過程中最困難的下一步將是克服高昂的初期價格壁壘。一開始Synhelion的太陽能燃料會比化石燃料及航空煤油價格更高。 Synhelion估計到2030年每年生產70萬噸太陽能燃料，將能滿足瑞士航空業燃料消耗量的一半左右，但其成本可達數億瑞郎。二氧化碳稅很可能不足以降低這些成本。
瑞士環境部長表示，決策者必須參與創造明確的框架條件，來幫助各家企業做長遠計劃。
她舉例說：“我們能給航空業引入合成燃料混合配額，藉以創造新的市場。”
阿爾多·施泰因費爾德也認為設置配額可能輔助滴入式燃料技術及其發展未來。
“政府可以設置要求，讓各航線及機場在給飛機所加的航空煤油中，至少應有一定份額的太陽能燃料，”他強調。
一開始可從很少的比例入手–只有1%的飛機燃料為太陽能煤油–來降低總的燃料成本，這一配額將促進對太陽能燃料廠的投資，從而像風能和太陽能發電那樣帶來成本的下降。
“到配額上升至10–15%時，我們定會看到太陽能燃料的成本接近化石燃料成本。這是個可以直接實施的戰略，”這位蘇黎世理工教授表示。
如今永續航空燃料依然價格高昂、使用有限，只有個別航線將之與普通燃料混合使用。但全球航空公司的同業公會國際航空運輸協會(IATA)希望大幅增加永續航空燃料的使用。該協會已做出一個不具約束力的淨零承諾，要在2050年前減少二氧化碳排放量，其中提到航空業使用的永續燃料比例應從2025年的2%，到2050年提升至65%。
(譯自英語：于雷)
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