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CSPPLAZA光熱發電網訊：目(mu)前，在全球第七大石(shi)油公(gong)司(si)意大利埃尼（Eni）的(de)幫(bang)助下，一家(jia)瑞士初創企業(ye)(ye)Synhelion正在加速(su)推(tui)進(jin)兩條太(tai)陽能(neng)噴氣燃料路線的(de)商(shang)業(ye)(ye)化，這項技術未來會對長途空運(yun)和海運(yun)等運(yun)輸行業(ye)(ye)產(chan)生重要影響。

據(ju)Synhelion公司CTO Philipp Furler近日介(jie)紹，該公司計劃分兩(liang)個(ge)階段銷售航空(kong)燃料，第(di)一階段到2022年，實現將基于甲(jia)烷合成技術完成太(tai)陽能(neng)重整后生產的太(tai)陽能(neng)噴氣燃料（碳排放(fang)降低(di)50%）進行銷售；第(di)二(er)階段到2030年，實現太(tai)陽能(neng)噴氣燃料的規(gui)模化(hua)生產，原料全(quan)部(bu)來自空(kong)氣中(zhong)捕(bu)獲的二(er)氧化(hua)碳和水(shui)，100%無碳。

圖：Synhelion用于太陽能(neng)噴氣燃(ran)料生產的聚光(guang)塔式鏡場

據(ju)CSPPLAZA此前報道(dao)，蘇黎世聯(lian)邦理工(gong)工(gong)學院(yuan)ETH Zurich主導推(tui)(tui)(tui)進(jin)的“SUN-to-LIQUID”（太陽能(neng)燃油）項目2019年成(cheng)功實(shi)現了首次(ci)合成(cheng)，而Synhelion便是ETH基于該計劃衍生出來的技(ji)(ji)術(shu)(shu)公(gong)司(si)之一(yi)，該公(gong)司(si)主要負(fu)責推(tui)(tui)(tui)進(jin)太陽能(neng)燃料(liao)生產技(ji)(ji)術(shu)(shu)實(shi)現商(shang)業(ye)化，而另一(yi)衍生公(gong)司(si)Climeworks則(ze)主要負(fu)責推(tui)(tui)(tui)進(jin)從(cong)空(kong)氣中(zhong)捕獲二氧化碳技(ji)(ji)術(shu)(shu)的商(shang)業(ye)化。

圖：位(wei)于蘇黎(li)世(shi)聯邦理工工學(xue)院屋頂(ding)的聚光反應器

圖：生(sheng)產出(chu)的(de)太陽能燃(ran)料(liao)

該(gai)技術由三個熱化學(xue)轉化過(guo)程組成(cheng)：

首先，從(cong)空氣中提(ti)取二氧化(hua)碳(tan)和水(shui)(shui)；第二，太陽(yang)能熱(re)化(hua)學(xue)分(fen)解二氧化(hua)碳(tan)和水(shui)(shui)；第三，液化(hua)成碳(tan)氫化(hua)合(he)物(wu)。

二氧化碳和水都是透過(guo)吸收/脫附(fu)過(guo)程直接從環(huan)境(jing)空氣中提取，同時(shi)將聚光(guang)系統搜集到的熱量(liang)送入太陽能反應器，可實現高達1500°C的溫度。

太陽(yang)能(neng)反(fan)應爐的(de)(de)核心是由(you)二氧(yang)(yang)(yang)化鈰制成的(de)(de)陶瓷(ci)結(jie)構，能(neng)夠進行兩(liang)步驟的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化還原循環，將水和二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)分解成合(he)成氣，接著透(tou)過(guo)一般的(de)(de)甲醇(chun)或費托合(he)成（FischerTropsch process）將氫和一氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)混合(he)物加工成液態(tai)烴燃(ran)料。

詳見如下介紹視頻：

據Philipp Furler此前(qian)向海外媒體透露，該公司研發團隊已將太陽能(neng)反(fan)應(ying)堆的(de)(de)效率(lv)從五年前(qian)的(de)(de)1%提升至5%，同時根據相(xiang)關試驗測(ce)試，他相(xiang)信未來可(ke)以實現20%以上的(de)(de)反(fan)應(ying)堆效率(lv)，從而(er)使(shi)生產(chan)出的(de)(de)太陽能(neng)燃料(liao)更加(jia)經(jing)濟，但(dan)前(qian)提是要經(jing)過更大規模的(de)(de)測(ce)試。

圖：Synhelion研究(jiu)人員Philipp Furler（左）和小(xiao)組在德國進行(xing)小(xiao)規模200kw的Synhelion太陽接收器試驗，這個演示成功地完成了第(di)一次(ci)測試，達到了超(chao)過1500°C的溫(wen)度。

Philipp Furler表(biao)示：“我(wo)們研究出一種新思(si)路，可(ke)以將反應過程中(zhong)的顯(xian)熱(re)進(jin)(jin)(jin)行回(hui)收，從而將整體(ti)效率提(ti)升至20%以上。目前該思(si)路在(zai)原型機系統(tong)中(zhong)已被(bei)驗(yan)證(zheng)可(ke)行，但需(xu)要(yao)進(jin)(jin)(jin)行更大規模(mo)的測試。同時(shi)如果考慮儲熱(re)的話，需(xu)要(yao)進(jin)(jin)(jin)一步擴(kuo)大規模(mo)并(bing)增(zeng)加儲罐等設施，否則通(tong)過側壁的熱(re)損失(shi)將嚴(yan)重(zhong)影(ying)響效果。”

因此，為了得到更加準(zhun)確(que)的測試結果并實現(xian)更高效率，進一步(bu)擴大(da)系統規模非常關鍵。Synhelion計劃在未(wei)來幾年(nian)內逐(zhu)步(bu)將(jiang)該技術(shu)擴大(da)至工(gong)業級規模，在此過程中需要徹底解決因為規模增加帶(dai)來的如何降低技術(shu)成本等(deng)一系列工(gong)程挑戰。

圖：系統示意圖

由上圖(tu)可以看出，左邊(bian)部分顯示(shi)的(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)接收(shou)器用來接收(shou)來自太(tai)陽(yang)(yang)場的(de)太(tai)陽(yang)(yang)熱(re)能(neng)，中間部分反應器利用太(tai)陽(yang)(yang)熱(re)能(neng)將H2O和CO2重新(xin)組(zu)合成(cheng)合成(cheng)氣，右邊(bian)的(de)儲存確保反應器始終(zhong)有它需(xu)要的(de)熱(re)量，以實現24小時運行。

針對上(shang)文提(ti)到(dao)的(de)2022年(nian)和(he)2030年(nian)兩階段計劃的(de)考慮，Philipp Furler表(biao)示：“雖然已(yi)證(zheng)明純水和(he)二氧化(hua)碳裂解(jie)來生產燃料遠期可(ke)行，但其產品比目(mu)前(qian)的(de)化(hua)石燃料價(jia)格(ge)更(geng)貴，現(xian)在距市場化(hua)應用還有距離，需要進(jin)一步研究突(tu)破才可(ke)實現(xian)。在這種(zhong)更(geng)先進(jin)的(de)純熱化(hua)學(xue)過(guo)程中，我們將利用聚光(guang)系統實現(xian)1500°C的(de)熱量來驅動該(gai)反應過(guo)程，我們的(de)目(mu)標是到(dao)2030年(nian)將其實現(xian)規模(mo)化(hua)。”

但(dan)為了更快(kuai)進入市場，Synhelion公司計劃先推(tui)出一條更簡單的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)轉(zhuan)化路(lu)線——即(ji)基于目(mu)前相(xiang)對成(cheng)熟(shu)的(de)(de)甲烷源二氧化碳(tan)(tan)合成(cheng)燃料技術進行太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)重整，從而盡快(kuai)生產(chan)出可推(tui)向(xiang)市場的(de)(de)相(xiang)對低碳(tan)(tan)的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)燃料產(chan)品。

Synhelion方面認為(wei)，通過太陽能(neng)重整法生產的(de)(de)噴氣(qi)燃(ran)料(liao)將在短期(qi)內具有商業可(ke)行性，而且(qie)成本不會比現在的(de)(de)噴氣(qi)燃(ran)料(liao)高(gao)多少，因為(wei)甲烷(wan)源二氧化碳合成燃(ran)料(liao)技術已比較(jiao)成熟，將其利用(yong)(yong)太陽能(neng)重整只是用(yong)(yong)太陽能(neng)接收器的(de)(de)熱量(liang)代替燃(ran)燒天然氣(qi)的(de)(de)熱量(liang)，該過程(cheng)是一個相(xiang)對低溫的(de)(de)過程(cheng)，比較(jiao)易于實現。

Philipp Furler表示(shi)：“太陽(yang)能重(zhong)整的溫度在800°C到1100°C之間，這一(yi)過程(cheng)(cheng)對(dui)我們(men)來說(shuo)非常容易，而(er)且已經在工業中實(shi)施。太陽(yang)能重(zhong)整技術的研究其實(shi)早在幾年(nian)前就(jiu)開始了，而(er)且我們(men)發現這項技術具有(you)巨大的發展(zhan)潛力(li)。我們(men)可以生(sheng)產一(yi)種二氧化(hua)碳排放量比化(hua)石燃料低50%的燃料，這可以幫我們(men)解決未來幾年(nian)的市場供應問題(ti)。同時通(tong)過在一(yi)定程(cheng)(cheng)度上(shang)依賴成(cheng)熟工業技術，也(ye)將使我們(men)獲得(de)更快發展(zhan)。”

圖(tu)：Synhelion太(tai)陽能噴氣燃料(liao)生產(chan)塔示意(yi)圖(tu)

據了解，兩(liang)個階段的具(ju)體實施思路(lu)為：

太(tai)陽能重整（計劃2022年前實(shi)現）：第一(yi)步，從(cong)空氣中捕獲二(er)氧化(hua)碳和水(shui)或者可(ke)以直接向穩定氣源供(gong)應(ying)商(shang)采購，Synhion將執行第二(er)步，將800°C到1100°C的熱量從(cong)反射鏡太(tai)陽場輸送到反應(ying)堆，完成(cheng)熱化(hua)學反應(ying)。然后，合(he)成(cheng)氣將通過費托合(he)成(cheng)等標準(zhun)工業技術轉化(hua)為液體燃料，并進一(yi)步生產(chan)出(chu)商(shang)用航空燃料。

圖：技術原理示意圖

100%無碳(tan)太(tai)陽能燃(ran)料生產（計劃2030年(nian)實現）：第一(yi)步，Climeworks公(gong)司直(zhi)接從空氣中捕獲二氧化(hua)碳(tan)和(he)水；Synhion將(jiang)執行第二步，將(jiang)1500°C的(de)熱(re)量從太(tai)陽反射鏡場(chang)輸送(song)到(dao)反應(ying)堆，以執行熱(re)化(hua)學(xue)反應(ying)，將(jiang)這些碳(tan)氫化(hua)合(he)物轉化(hua)為合(he)成氣。第三步，合(he)成氣再次轉化(hua)為商(shang)用(yong)航空燃(ran)料，就(jiu)像今(jin)天埃(ai)尼集團這樣(yang)的(de)大型油氣公(gong)司所做的(de)那樣(yang)。