低碳压力下，瑞士科学家利用太阳能和空气生产航空燃料

几十年来，科学家们一直在寻找一种低碳可持续的航空燃料。而且，随着航空排放量的增长速度超过碳抵消技术能够减少的速度，环保人士担心，即使采用新的节能技术和运营方式，航空业的排放量到2050年也可能翻一番。

但是，如果到2050年，所有来自化石的飞机燃料都能被一种来自阳光和空气的碳中和燃料所取代，那会怎样呢？

今年6月，位于苏黎世的瑞士联邦理工学院(ETH)的研究人员展示了一项利用稀薄空气制造液态碳氢化合物燃料的新技术。该技术是利用一个巨型凹面镜将阳光集中在太阳能热化学反应器内，创造一个高温(1500摄氏度)的环境。

在反应器内，从周围空气中提取的二氧化碳和水通过氧化还原循环转化为合成气，一种特殊的一氧化碳和氢的混合物。产生的合成气然后被送到一个传统的气体—液体装置加工成如煤油、汽油、甲醇等碳氢燃料。整个过程链是热化学的，集中的太阳能可以提供所需的热量。只需要少量的电力就可以操作这些泵。

用这种技术生产的煤油可以代替化石燃料制造的航空煤油。“它在燃烧过程中释放的二氧化碳量与之前从空气中提取的二氧化碳量一样多，”领导团队开发了这项技术的Aldo Steinfeld说。此外，由于太阳能只在生成合成气的氧化还原循环的第一阶段才需要，炼油厂还可以同时运行两个太阳能热化学反应器，以便最好地利用集中的太阳能。

作为欧盟支持的 SUN-to-LIQUID 项目的一部分，ETH 太阳能炼油厂的大规模测试目前正在 IMDEA Energia 附近的一座太阳能塔进行，这是一个为期四年的研究项目，致力于探索航空业去碳化的方法。然而，真正的考验在于燃料与航空工业现有基础设施和硬件的整合程度，以及整合的速度。

“太阳能煤油是一种滴入式合成燃料，完全可以替代化石煤油，”Steinfeld说，“我们可以继续利用现有的全球基础设施进行煤油分配、储存和利用。”

当然，最初阶段商业应用的最大障碍肯定还是价格。据估计，太阳能煤油的价格约为化石煤油价格的两倍。然而，随着太阳能的广泛使用，成本应该会下降。根据彭博社2019年新能源展望，到2030年，太阳能和风能的成本优势将会超过几乎所有地方的煤炭和天然气。

如果成本可以降低，对航空业去碳化的影响将是巨大的。《卫报》(The Guardian)最近发表的一项分析发现，即便是从伦敦飞往爱丁堡的短途航班，也比乌干达或索马里的平均人均年排放量排放更多的二氧化碳。

国际航空运输协会(IATA)的数据显示，航空出行比以往任何时候都更受欢迎，在过去30年里，全球飞行里程总数增加了300% 。然而，低碳可持续航空燃料只占总需求的不到1% 。国际航空运输协会指出，航空业不同于地面运输，地面运输可以用电池驱动，而航空业短期内则没有化石燃料的替代品，该协会预测，电动商用飞机最早也要2040年才会成规模出现。

即便电动飞机出现，“理论上以电池为动力的商用飞机也只能飞行1600公里，” Steinfeld说，“因此，长途航班将继续使用煤油。”如果一切按计划进行，太阳能煤油可能在2025年开始商业化生产。目前，瑞士联邦理工学院的两家分支公司正致力于扩大该技术的商业应用范围。

其中之一是 Climeworks，该公司提供商业碳去除装置，从空气中捕获二氧化碳。另一个是 Synhelion 公司，该公司的目标是将用于工业燃料生产的新太阳能炼油厂商业化。

太阳能碳氢化合物燃料的生成依赖于空气和阳光，由于这两者都是十分丰富的能源，所以如果地广人稀的地方进行生产还不至于占用耕地。

Synhelion 总监Philipp Furler在表示：“从理论上讲，一座相当于瑞士面积的工厂，可以满足整个全球航空业的煤油需求。我们未来的目标是利用我们的技术高效地生产可持续燃料，从而减少碳排放。”