연구원들은 완전한 태양열 발전 탄화수소 생산을 시연합니다.

탄소 격리. 수소 생산. 합성 연료. 이 모든 기술은 이산화탄소 배출로 인한 위기에 대처하기 위한 잠재적 자원으로 제안되었습니다. 소규모 데모에서 작업했지만 대부분은 우리가 필요로 하는 경제적 솔루션을 제공할 수 있는 확장 능력을 입증하지 못했습니다.

한편, 유럽 연구원 그룹은 이 방법을 햇빛과 공기에서 등유로 이동하는 단일 응집 생산 플랫폼의 일부로 보고 있습니다. 취리히의 실험실 지붕에 작은 설치 덕분에 팀은 몇 개의 거울과 몇 개의 반응 챔버를 사용하여 소량의 다양한 연료를 생산하고 있었습니다. 전체 생산 프로세스도 확장 가능해야 하지만 연구원들은 플랫폼이 사막의 작은 땅을 사용하여 전체 상업용 항공기 산업에 연료를 공급할 수 있다고 믿습니다.

수술

공기를 연료로 변환하는 과정에는 단 세 단계가 있습니다. 첫 번째는 원료 성분, 특히 이산화탄소와 물의 분리입니다. 이것은 ETH 취리히 지점의 소규모 거래 단위를 사용하여 수행됩니다. 이 장치는 가열/냉각 사이클과 이산화탄소를 모두 흡수하는 아민을 사용합니다.₂ 그리고 h₂O 환경 온도에서 가열되면 방출됨. 가장 중요한 것은 공급되는 물이 매우 순수하고 다른 많은 깨끗한 물 사용과 경쟁하지 않는다는 것입니다.

거기에서 재료는 다시 가열/냉각 사이클을 사용하여 일산화탄소와 수소로 변환하는 다른 장치로 보내집니다. 이 공정은 고온에서 부분적으로 분해되어 산소를 방출하는 산화세륨을 사용합니다. 환경 온도로 돌아오면 세륨은 발생하는 모든 소스(물 또는 이산화탄소)에서 산소를 제거합니다. 이 프로세스를 구동하는 데 필요한 높은 열은 들어오는 햇빛을 집중시키는 거울 어레이에 의해 제공되며 가열하는 동안 반응 챔버는 5,000개 이상의 태양에서 정점을 이룹니다. 가열은 거울의 초점을 앞뒤로 이동하여 두 개의 반응 챔버를 동시에 작동하기에 충분합니다. 하나는 물용이고 다른 하나는 이산화탄소용입니다.

생성된 일산화탄소와 수소는 두 번째 반응 챔버로 보내지며, 여기서 상용 구리 기반 촉매는 정확한 재료 혼합물에 의해 결정되는 반응 수율과 함께 이를 메탄올 또는 등유와 같은 연료로 전환할 수 있습니다. 이 단계는 고압과 고온이 필요합니다.

시스템은 완전히 독립적이지 않습니다. 밸브를 열고 닫고 가스를 압축해야 합니다. 그러나 이러한 작업을 처리하기 위해 태양광 패널과 배터리를 부착하는 것은 비교적 간단합니다. 첫 번째 단계와 마지막 단계에서 사용된 열은 중간 단계에서 사용된 더 높은 온도에서 폐열을 추출하여 제공할 수도 있습니다.

여기에 사용된 매우 작은 규모에서는 프로세스가 매우 느렸습니다. 7시간의 유익한 햇빛과 함께 하루 동안 32밀리리터의 메탄올이 생성되었으며 주요 오염 물질인 물과 혼합되었습니다. 반응 혼합물을 번갈아 가며 등유를 생성할 수 있게 하여 분리하기가 훨씬 더 쉽습니다. 화석 연료에서 파생된 등유에서 발견된 오염 물질과 비교하여 여기의 결과는 좋았습니다. 합성 등유에는 그을음 및 기타 오염 물질을 유발하는 경향이 있는 황 및 질소 함유 화학 물질이 없습니다.

확장될까요?

일반적으로 결과는 명확합니다. 프로세스는 작동할 수 있지만 현재 상태에서 중요할 만큼 생산적이지 않으므로 문서의 대부분은 최적화 및 확장을 고려합니다. 최적화는 필요한 모든 열이 태양광 인버터에서 공급되도록 하기 위해 폐열을 더 잘 사용하는 것과 같은 많은 작은 개선의 문제인 경우가 많습니다. 다른 목표에는 더 나은 촉매와 단계 사이에 가스를 저장하는 더 효율적인 수단이 있습니다.

다음으로 크기의 문제가 있습니다. 연구자들은 뉴욕시와 런던 사이의 매일 왕복 비행을 제공하기 위해 강하고 일관된 햇빛을 받는 지역의 반응실로 햇빛을 직사하는 10개의 거울 농장이 필요할 것이라고 추정합니다. 이는 약 3.8제곱킬로미터의 사막을 거울로 덮는 것을 의미합니다. (참고로, 이것은 캘리포니아 크기의 약 4분의 1입니다. 이반파 태양광 시설.)

모든 상업용 제트 연료 수요를 제공하려면 사하라 사막 표면의 1% 이상을 포획해야 합니다. 이것은 다음을 의미합니다 땅 조각 거울의.

연구원들은 다음과 같은 기술을 포함한 다른 재생 가능한 자원에서 볼 수 있는 극적인 비용 절감을 보게 될 것이라고 제안합니다. 태양 에너지 집중. 이 미러 기반 기술은 지난 15년 동안 가격이 60% 하락했습니다. 그러나 이러한 모든 거울 및 관련 하드웨어의 상당한 물리적 비용과 깨끗한 유지 관리 비용을 고려할 때 우리가 태양광 발전에서 본 것과 같은 종류의 가격 하락이 가능한지 의심스럽습니다.

반면에 CSP 비용은 계속해서 하락했으며 그 절감액의 상당 부분이 이와 같은 열 구동 화학에 적용될 가능성이 높습니다. 이 기본 개념(태양 에너지로 구동되는 녹색 화학)은 등유보다 더 높은 가치를 지닌 연료를 생산하는 데 적용될 수 있습니다.

성질, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-04174-y (DOI 정보).