据中国科学 消息，近日，瑞士工程科学院院士、苏黎世联邦理工学院教授Aldo Steinfeld等人利用阳光和空气生产出液态燃料，并设想用于航空部门。
Steinfeld认为，太阳能的潜力是巨大的，仅1%到达地球干旱地区的太阳辐射就足以满足全球能源消耗。科学家和工程师有责任开发节能且具有成本效益的技术，将太阳能转化为有用的形式，即热能、电力和燃料。
不过，水和二氧化碳的能级比较低，状态比较稳定，重新变成燃料必然要付出巨大的能量代价。
中国科学院工程热物理研究所研究员郝勇此前在接受采访时表示出，“在大规模意义上，如何以最小的能量代价把水和二氧化碳重新变成碳氢燃料，是一个巨大挑战。”
造一套“无中生有”的能源装置
当前，伴随技术不断进步，光伏发电成本大幅度降低；聚光太阳能热发电技术也进入了小规模的商业化使用阶段。
太阳能向燃料的转化利用逐渐展现出巨大的应用潜力。
太阳能向燃料的转化主要有两种形式：一种是直接利用光催化剂，在光照下分解水产生氢气，目前这种形式的太阳能到氢能的能量转化效率不到2%；另一种是先将太阳能转化为热或电，再耦合其他技术制造燃料。
太阳能燃料系统工作原理图
此次Steinfeld团队便是采用上述第二种形式，利用光热技术实现了水和二氧化碳到甲醇等液态燃料的过程，并设计出一套集成装置。
该装置由3部分构成：第一是能够直接从空气中提取二氧化碳和水的捕获装置；第二是能利用太阳能将水和二氧化碳转换为合成气的太阳氧化还原装置；第三是能将合成气转换为液态烃或甲醇的气转液装置。
在阳光照射下，这套装置正在苏黎世联邦理工学院运转，于无形中生产着液态燃料。
产业化应用尚需时日
示范装置与工业化之间总是有一定的距离，还要克服诸多挑战。太阳能到燃料的能量转化效率便是最大的挑战。
目前，在日常条件下，这套装置在一天7小时的工作时间内可以产生32毫升的甲醇，尽管转化效率不高，但也代表着该技术的世界最高水平。
相比之下，商业化的光伏耦合电解水制氢能够达到16%以上的效率。
也就是说，从效率上看，太阳能热化学制燃料效率明显偏低，需要大幅提升才能达到跟光伏电解相当的水平。
同时，光热技术的反应温度较高，这将给整套装置的成本和寿命带来考验。“需要开发更好的材料和能量转化策略降低温度。”郝勇表示。
多位专家表示，近年来，光伏发电发展迅猛，人们大有将太阳能技术等同于光伏技术的趋势。
光热技术想普及应用，就需要取得公众和社会的认可。
这既需要研发人员的不懈努力和不断突破，也需要加大科普宣传力度。
接下来，在先进材料和太阳能反应系统工程方面，太阳能光热技术还需要进一步研发。
Steinfeld表示，材料在将太阳能转化为具有高选择性、稳定性和速率的燃料方面发挥着关键作用。
特别是新型金属氧化物，例如掺杂二氧化铈和钙钛矿，可以显著提高热化学循环分解水和二氧化碳的氧化还原性能。
活动邀约
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