基于聚光集热技术的太阳能航空燃料项目正加速推进，2022年或

目前，在全球第七大石油公司意大利埃尼（Eni）的帮助下，一家瑞士初创企业Synhelion正在加速推进两条太阳能喷气燃料路线的商业化，这项技术未来会对长途空运和海运等运输行业产生重要影响。

据Synhelion公司CTO Philipp Furler近日介绍，该公司计划分两个阶段销售航空燃料，第一阶段到2022年，实现将基于甲烷合成技术完成太阳能重整后生产的太阳能喷气燃料（碳排放降低50%）进行销售；第二阶段到2030年，实现太阳能喷气燃料的规模化生产，原料全部来自空气中捕获的二氧化碳和水，100%无碳。

图：Synhelion用于太阳能喷气燃料生产的聚光塔式镜场

据CSPPLAZA此前报道，苏黎世联邦理工工学院ETH Zurich主导推进的“SUN-to-LIQUID”（太阳能燃油）项目2019年成功实现了首次合成，而Synhelion便是ETH基于该计划衍生出来的技术公司之一，该公司主要负责推进太阳能燃料生产技术实现商业化，而另一衍生公司Climeworks则主要负责推进从空气中捕获二氧化碳技术的商业化。

图：位于苏黎世联邦理工工学院屋顶的聚光反应器

图：生产出的太阳能燃料

该技术由三个热化学转化过程组成：

首先，从空气中提取二氧化碳和水；第二，太阳能热化学分解二氧化碳和水；第三，液化成碳氢化合物。

二氧化碳和水都是透过吸收/脱附过程直接从环境空气中提取，同时将聚光系统搜集到的热量送入太阳能反应器，可实现高达1500°C的温度。

太阳能反应炉的核心是由二氧化铈制成的陶瓷结构，能够进行两步骤的氧化还原循环，将水和二氧化碳分解成合成气，接着透过一般的甲醇或费托合成（FischerTropsch process）将氢和一氧化碳混合物加工成液态烃燃料。

据Philipp Furler此前向海外媒体透露，该公司研发团队已将太阳能反应堆的效率从五年前的1%提升至5%，同时根据相关试验测试，他相信未来可以实现20%以上的反应堆效率，从而使生产出的太阳能燃料更加经济，但前提是要经过更大规模的测试。

图：Synhelion研究人员Philipp Furler（左）和小组在德国进行小规模200kw的Synhelion太阳接收器试验，这个演示成功地完成了第一次测试，达到了超过1500°C的温度。

Philipp Furler表示：“我们研究出一种新思路，可以将反应过程中的显热进行回收，从而将整体效率提升至20%以上。目前该思路在原型机系统中已被验证可行，但需要进行更大规模的测试。同时如果考虑储热的话，需要进一步扩大规模并增加储罐等设施，否则通过侧壁的热损失将严重影响效果。”

因此，为了得到更加准确的测试结果并实现更高效率，进一步扩大系统规模非常关键。Synhelion计划在未来几年内逐步将该技术扩大至工业级规模，在此过程中需要彻底解决因为规模增加带来的如何降低技术成本等一系列工程挑战。

图：系统示意图

由上图可以看出，左边部分显示的太阳能接收器用来接收来自太阳场的太阳热能，中间部分反应器利用太阳热能将H2O和CO2重新组合成合成气，右边的储存确保反应器始终有它需要的热量，以实现24小时运行。

针对上文提到的2022年和2030年两阶段计划的考虑，Philipp Furler表示：“虽然已证明纯水和二氧化碳裂解来生产燃料远期可行，但其产品比目前的化石燃料价格更贵，现在距市场化应用还有距离，需要进一步研究突破才可实现。在这种更先进的纯热化学过程中，我们将利用聚光系统实现1500°C的热量来驱动该反应过程，我们的目标是到2030年将其实现规模化。”

但为了更快进入市场，Synhelion公司计划先推出一条更简单的太阳能转化路线——即基于目前相对成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技术进行太阳能重整，从而尽快生产出可推向市场的相对低碳的太阳能燃料产品。

Synhelion方面认为，通过太阳能重整法生产的喷气燃料将在短期内具有商业可行性，而且成本不会比现在的喷气燃料高多少，因为甲烷源二氧化碳合成燃料技术已比较成熟，将其利用太阳能重整只是用太阳能接收器的热量代替燃烧天然气的热量，该过程是一个相对低温的过程，比较易于实现。

Philipp Furler表示：“太阳能重整的温度在800°C到1100°C之间，这一过程对我们来说非常容易，而且已经在工业中实施。太阳能重整技术的研究其实早在几年前就开始了，而且我们发现这项技术具有巨大的发展潜力。我们可以生产一种二氧化碳排放量比化石燃料低50%的燃料，这可以帮我们解决未来几年的市场供应问题。同时通过在一定程度上依赖成熟工业技术，也将使我们获得更快发展。”

图：Synhelion太阳能喷气燃料生产塔示意图

据了解，两个阶段的具体实施思路为：

太阳能重整（计划2022年前实现）：第一步，从空气中捕获二氧化碳和水或者可以直接向稳定气源供应商采购，Synhion将执行第二步，将800°C到1100°C的热量从反射镜太阳场输送到反应堆，完成热化学反应。然后，合成气将通过费托合成等标准工业技术转化为液体燃料，并进一步生产出商用航空燃料。

图：技术原理示意图

100%无碳太阳能燃料生产（计划2030年实现）：第一步，Climeworks公司直接从空气中捕获二氧化碳和水；Synhion将执行第二步，将1500°C的热量从太阳反射镜场输送到反应堆，以执行热化学反应，将这些碳氢化合物转化为合成气。第三步，合成气再次转化为商用航空燃料，就像今天埃尼集团这样的大型油气公司所做的那样。