آب، دی اکسید کربن و نور خورشید چگونه سوخت جت می شود؟

در حقیقت، تاکنون هیچ جایگزین مشخصی برای تامین نیروی مورد نیاز پروازهای تجاری در مقیاس جهانی وجود نداشت، اما به نظر می رسد شرایط در حال تغییر است.

آلدو استاینفلد  استاد دانشگاه ETH Zurich و تیم وی یک سامانه تولید سوخت را طراحی کرده اند که از آب، دی اکسید کربن و نور خورشید برای تولید سوخت جت استفاده می کند. راهبرد آنها که اطلاعات مربوط به آن در نشریه  Joule  منتشر شده است، امید برای تحقق هدف کربن صفر صنعت هوانوردی را افزایش داده است.

به گفته استاینفلد، ما نخستین افرادی هستیم که کل زنجیره فرایند ترموشیمیایی از آب و دی اکسید کربن به نفت سفید در یک سامانه برج خورشیدی کاملا یکپارچه شده را ارائه کرده ایم. تلاش های پیشین برای تولید سوخت های هوانوردی با استفاده از انرژی خورشیدی بیشتر به محیط آزمایشگاه محدود بودند.

این سامانه از انرژی خورشیدی برای تولید جایگزین های مصنوعی استفاده می کند

استاینفلد و همکارانش این سامانه را به عنوان بخشی از پروژه "خورشید به مایع" (SUN-to-LIQUID project) اتحادیه اروپا توسعه داده اند. اتحادیه اروپا به عنوان بخشی از نقشه راه انرژی خود تا سال 2050، سهم 75 درصدی انرژی های تجدیدپذیر در مصرف انرژی ناخالص را هدف قرار داده است.

تحقق این هدف به سهم بزرگی از سوخت های جایگزین در بخش حمل و نقل نیاز دارد که شامل سهم هدف 40 درصدی استفاده از سوخت های کم کربن در بخش هوانوردی است. پروژه چهار ساله سوخت های خورشیدی استاینفلد که در ژانویه 2016 آغاز شد، امیدوار است به این موضوع رسیدگی کند.

استاینفلد و تیمش سامانه ای را توسعه داده اند که از انرژی خورشیدی برای تولید جایگزین های مصنوعی برای سوخت های فسیلی، مانند نفت سفید و گازوئیل استفاده می کند. به گفته استاینفلد، نفت سفید تولید شده با کمک انرژی خورشیدی با زیرساخت های هوانوردی موجود برای ذخیره سوخت، توزیع و استفاده نهایی در پیشرانه های جت سازگار است. همچنین، امکان ترکیب این سوخت با نفت سفید حاصل از سوخت فسیلی وجود دارد.

کارخانه تولید سوخت دارای 169 پنل بازتابنده که خورشید را دنبال می کنند

یک سال پس از آغاز پروژه یعنی در سال 2017، تیم استاینفلد توسعه طراحی و ساخت یک کارخانه تولید سوخت خورشیدی در موسسه IMDEA Energy در اسپانیا را آغاز کردند. این کارخانه دارای 169 پنل بازتابنده با قابلیت دنبال کردن حرکت خورشید است که نور خورشید را به سمت یک راکتور خورشیدی مستقر در بالای یک برج هدایت و متمرکز می کنند.

سپس، انرژی خورشیدی متمرکز شده موجب به جریان افتادن چرخه های واکنشی کاهش اکسیداسیون در راکتور خورشیدی می شود که دارای یک ساختار متخلخل از جنس سریا (Ceria) است. سریا آب و دی اکسید کربن تزریق شده به راکتور را به  گاز سنتز  تبدیل می کند که ترکیبی از هیدروژن و مونو اکسید کربن است.

سپس، گاز سنتز به یک مبدل گاز به مایع ارسال می شود، جایی که در نهایت سوخت های هیدروکربنی مایع از جمله نفت سفید و گازوئیل تولید می شود.

بهبود طراحی برای افزایش کارایی

به گفته استاینفلد، این کارخانه نقطه عطفی فناورانه به سمت تولید سوخت های هوانوردی پایدار محسوب می شود.

بنابر مقاله منتشر شده در نشریه Joule، طی فعالیت نه روزه این کارخانه، بازده انرژی راکتور خورشیدی حدود 4 درصد بوده است. این در شرایطی است که تیم استاینفلد به شدت در حال کار برای بهبود طراحی و افزایش بازده به بیش از 15 درصد است.