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.
Структура церия, напечатанная на 3D-принтере, с иерархической архитектурой. Концентрированная солнечная радиация падает на градуированную структуру и вызывает солнечное расщепление CO2 на отдельные потоки CO и O2.
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.
