Новая технология в два раза увеличивает производство топлива

Несколько лет назад инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) разработали технологию получения жидких топлив из солнечного света и воздуха. В 2019 году на крыше лаборатории ETH они впервые продемонстрировали этот термохимический процесс в реальных условиях. Такое синтетическое солнечное топливо является углеродно-нейтральным: при сгорании оно выделяет столько же CO2, сколько было извлечено из воздуха для его производства. Компании Climeworks и Synhelion сейчас развивают и коммерциализируют эти технологии.


Центральным элементом процесса является реактор, подвергающийся концентрированному солнечному излучению, достигая температуры до 1500°C. Внутри реактора, содержащего пористую керамическую структуру из оксида церия, происходит процесс разделения воды и CO2. Результатом данного процесса является синтез-газ, который может быть преобразован в жидкое углеводородное топливо, например, керосин.
Обычно при создании реактора используются структуры с изотропной пористостью, но они недостаточно поглощают солнечное излучение, что приводит к снижению температуры внутри реактора. Исследователи из ETH разработали новую 3D печать, позволяющую создавать керамические структуры с оптимизированной геометрией пор для эффективного поглощения солнечного излучения.



Учеными была изучена взаимосвязь между передачей теплового излучения и термохимической реакцией. Результаты исследования показали, что новые структуры могут производить в два раза больше топлива по сравнению со стандартными аналогами при одинаковом солнечном излучении. Эти структуры имеют иерархически упорядоченные дизайны, которые позволяют эффективно поглощать солнечное излучение всему объему реактора.

В итоге весь пористый материал достигает нужной температуры для реакции, увеличивая производство топлива.
Для создания этих структур был разработан специальный тип чернил с оптимальными характеристиками: низкая вязкость и высокая концентрация частиц церия, что обеспечивает максимальное количество необходимого для работы реактора материала.

После проведения первых успешных испытаний исследователи подтвердили, что их новые структуры могут производить в два раза больше топлива. Технология уже запатентована и компания Synhelion приобрела лицензию на ее использование. Это открытие может существенно повысить энергоэффективность солнечных реакторов и улучшить экономическую перспективу устойчивого авиационного топлива.