Koristeći samo ugljen-dioksid, vodu i sunčevu svetlost, solarni termalni toranj u Španiji proizvodi ugljen-neutralne, održive verzije dizela i mlaznog goriva. Napravljen i testiran od strane istraživača ETH Cirih, to je obećavajući projekat čistog goriva.
Solarni termalni toranj (Foto: ETH Cirih)
Zašto nam je potrebno održivo avionsko gorivo (SAF)?
Fosilna goriva mogu se zameniti baterijama ili vodonikom u automobilima i kamionima, ali avioni su problematičniji. Sa više od 25.000 komercijalnih aviona koji su danas u upotrebi, i životnim vekom od oko 25 godina, avio-kompanije traže goriva koja su ugljen-neutralna kako bi smanjile emisije štetnih gasova. To je prelazni ali važan korak, dok čista vazduhoplovna tehnologija ne bude spremna i cela globalna flota može da pređe na nešto drugo.
Goriva bez ugljenika su zamena za današnje kerozin Jet-A gorivo. Mešaju se sa običnim gorivom i sagorevaju u mlaznim motorima uobičajeno, proizvodeći normalnu količinu emisije ugljenika. Razlika je u tome što umesto da izvlače taj ugljenik pravo iz zemlje, sakupljaju ga sa drugih mesta. On opet završava u atmosferi, ali barem radi neki koristan posao pre nego što stigne tamo, smanjujući količinu konvencionalnog goriva koje sagorevamo.
Oglas
Porozna struktura na bazi cerie (Foto: ETH Cirih)
Kako se trenutno pravi SAF?
Postoji mnogo načina da se proizvedu ugljen-neutralna goriva, ali nisu svi prihvatljivi. Primera radi, biogoriva koja se uzgajaju iz posebno uzgajanih useva kukuruza stvaraju sopstvene emisije, od đubriva i poljoprivredne opreme, a koriste zemljište koje bi inače moglo da proizvodi hranu. Seča šuma i korišćenje drveta kao biomase takođe je isključeno, iz razloga koji bi trebali biti očigledni, ali činjenica da postoje pravila o tome sugeriše da čak i u igri održivosti još uvek postoje loši operateri.
Postrojenja za deponovanje otpada za mlazno gorivo se pojavljuju tu i tamo, uzimajući opštinsko smeće ili staro jestivo ulje i koriste ih kao sirovinu za stvaranje sintetičkog gasa, koji se može rafinisati u sintetička goriva. Ali proces pirolize obično uključuje mnogo energije – bilo prljave ili čiste energije koja bi se mogla koristiti negde drugde – a sirovina je toliko nasumična da je dobijenim gorivima ponekad potreban dodatni, energetski intenzivan korak čišćenja pre nego što budu spremna za korišćenje.
Drugi način je da se ugljenik uzima direktno iz drugih izvora emisije i pretvara u gorivo. Ovo se može uraditi korišćenjem zelene električne energije za napajanje elektrolizera, zatim mešanjem dobijenog vodonika sa ugljen-monoksidom da bi se stvorio singas, koji se zatim može rafinisati u goriva - ali postoje gubici energije u svakom od ovih koraka.
Što nas dovodi do novog, mnogo jednostavnijeg dizajna ETH Ciriha, koji je napravljen i testiran na Institutu za energiju IMDEA u Španiji.
.jpg)
Paneli preusmeravaju sunčevu svetlost prema tornju (Foto: ETH Cirih)
Ovo pilot postrojenje radi na koncentraciji solarne toplotne energije. 169 reflektorskih panela koji prate sunce, od kojih svaki ima tri kvadratna metra površine, preusmerava sunčevu svetlost u rupu od 16cm u solarnom reaktoru na vrhu 15m visokog centralnog tornja. Ovaj reaktor u proseku prima oko 50kW solarne toplotne energije.
Ta Napravljen solarni toranj koji proizvodi mlazno gorivo od ugljenika, vode i sunčeve svetlosti u dva koraka. Voda i čisti ugljen-dioksid se unose u redoks reakciju na bazi cerie, koja ih istovremeno pretvara u vodonik i ugljen-monoksid ili singas. Pošto se sve ovo radi u jednoj komori, moguće je podesiti količinu vode i CO2 da bi se uživo upravljalo tačnim sastavom singasa.
Ovaj singas se dovodi u jedinicu Gas-to-Liquid (GtL) na dnu tornja, koja obezbeđuje tečnu fazu koja sadrži 16% kerozina i 40% dizela, kao i voštanu fazu sa 7% kerozina i 40% dizela – dokazujući da keramički solarni reaktor na bazi cerie definitivno proizvodi sintetički gas dovoljno čist za pretvaranje u sintetička goriva.
Redoks ciklus (Foto: ETH Cirih)
Koliko goriva se može proizvesti?
Istraživači su radili devet dana, šest do osam ciklusa dnevno, ako vremenske prilike dozvoljavaju. Svaki ciklus je trajao u proseku 53 minuta, a ukupno eksperimentalno vreme je bilo 55 sati. Nekoliko ciklusa je moralo biti zaustavljeno zbog pregrevanja, kada su temperature u reaktoru porasle preko ciljanih 1.450°C do kritične temperature od 1.500°C.
Ukupno, eksperimentalno pilot postrojenje proizvelo je oko 5.191 litar singasa tokom tih devet dana, ali istraživači ne navode koliko je to tačno kerozina i dizela postalo nakon obrade singasa.
Napominju da je ukupna efikasnost sistema (merena energetskim sadržajem singasa kao procentom ukupnog unosa solarne energije) bila samo oko 4% u ovoj implementaciji, ali vide puteve da se to poveća za preko 20% obnavljanjem i recikliranjem više toplote i menjanjem strukture cerie.
"Mi smo prvi koji su demonstrirali ceo termohemijski procesni lanac od vode i CO2 do kerozina u potpuno integrisanom sistemu solarnog tornja", rekao je profesor ETH Aldo Steinfeld, odgovarajući autor istraživačkog rada. "Ovo postrojenje za proizvodnju goriva u solarnom tornju radilo je sa postavkom relevantnom za industrijsku implementaciju, postavljajući tehnološku prekretnicu ka proizvodnji održivih goriva za vazduhoplovstvo."
"Ovde opisano postrojenje za gorivo sa solarnim tornjem predstavlja održiv put ka globalnoj implementaciji proizvodnje solarnog goriva", navodi se u studiji.
Istraživanje je otvorenog pristupa u recenziranom časopisu Joule.
