CSPPLAZA光熱發電網訊：目前，在全球第七大石油公司意大利埃尼（Eni）的幫助下，一家瑞士初創企業Synhelion正在加速推進兩條太陽能噴氣燃料路線的商業化，這項技術未來會對長途空運和海運等運輸行業產生重要影響。

據Synhelion公司CTO Philipp Furler近日介紹，該公司計劃分兩個階段銷售航空燃料，第一階段到2022年，實現將基于甲烷合成技術完成太陽能重整后生產的太陽能噴氣燃料（碳排放降低50%）進行銷售；第二階段到2030年，實現太陽能噴氣燃料的規模化生產，原料全部來自空氣中捕獲的二氧化碳和水，100%無碳。

圖：Synhelion用于太陽能噴氣燃料生產的聚光塔式鏡場

據CSPPLAZA此前報道，蘇黎世聯邦理工工學院ETH Zurich主導推進的“SUN-to-LIQUID”（太陽能燃油）項目2019年成功實現了首次合成，而Synhelion便是ETH基于該計劃衍生出來的技術公司之一，該公司主要負責推進太陽能燃料生產技術實現商業化，而另一衍生公司Climeworks則主要負責推進從空氣中捕獲二氧化碳技術的商業化。

圖：位于蘇黎世聯邦理工工學院屋頂的聚光反應器

圖：生產出的太陽能燃料

該技術由三個熱化學轉化過程組成：

首先，從空氣中提取二氧化碳和水；第二，太陽能熱化學分解二氧化碳和水；第三，液化成碳氫化合物。

二氧化碳和水都是透過吸收/脫附過程直接從環境空氣中提取，同時將聚光系統搜集到的熱量送入太陽能反應器，可實現高達1500°C的溫度。

太陽能反應爐的核心是由二氧化鈰制成的陶瓷結構，能夠進行兩步驟的氧化還原循環，將水和二氧化碳分解成合成氣，接著透過一般的甲醇或費托合成（FischerTropsch process）將氫和一氧化碳混合物加工成液態烴燃料。

詳見如下介紹視頻：

據Philipp Furler此前向海外媒體透露，該公司研發團隊已將太陽能反應堆的效率從五年前的1%提升至5%，同時根據相關試驗測試，他相信未來可以實現20%以上的反應堆效率，從而使生產出的太陽能燃料更加經濟，但前提是要經過更大規模的測試。

圖：Synhelion研究人員Philipp Furler（左）和小組在德國進行小規模200kw的Synhelion太陽接收器試驗，這個演示成功地完成了第一次測試，達到了超過1500°C的溫度。

Philipp Furler表示：“我們研究出一種新思路，可以將反應過程中的顯熱進行回收，從而將整體效率提升至20%以上。目前該思路在原型機系統中已被驗證可行，但需要進行更大規模的測試。同時如果考慮儲熱的話，需要進一步擴大規模并增加儲罐等設施，否則通過側壁的熱損失將嚴重影響效果。”

因此，為了得到更加準確的測試結果并實現更高效率，進一步擴大系統規模非常關鍵。Synhelion計劃在未來幾年內逐步將該技術擴大至工業級規模，在此過程中需要徹底解決因為規模增加帶來的如何降低技術成本等一系列工程挑戰。

圖：系統示意圖

由上圖可以看出，左邊部分顯示的太陽能接收器用來接收來自太陽場的太陽熱能，中間部分反應器利用太陽熱能將H2O和CO2重新組合成合成氣，右邊的儲存確保反應器始終有它需要的熱量，以實現24小時運行。

針對上文提到的2022年和2030年兩階段計劃的考慮，Philipp Furler表示：“雖然已證明純水和二氧化碳裂解來生產燃料遠期可行，但其產品比目前的化石燃料價格更貴，現在距市場化應用還有距離，需要進一步研究突破才可實現。在這種更先進的純熱化學過程中，我們將利用聚光系統實現1500°C的熱量來驅動該反應過程，我們的目標是到2030年將其實現規模化。”

但為了更快進入市場，Synhelion公司計劃先推出一條更簡單的太陽能轉化路線——即基于目前相對成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技術進行太陽能重整，從而盡快生產出可推向市場的相對低碳的太陽能燃料產品。

Synhelion方面認為，通過太陽能重整法生產的噴氣燃料將在短期內具有商業可行性，而且成本不會比現在的噴氣燃料高多少，因為甲烷源二氧化碳合成燃料技術已比較成熟，將其利用太陽能重整只是用太陽能接收器的熱量代替燃燒天然氣的熱量，該過程是一個相對低溫的過程，比較易于實現。

Philipp Furler表示：“太陽能重整的溫度在800°C到1100°C之間，這一過程對我們來說非常容易，而且已經在工業中實施。太陽能重整技術的研究其實早在幾年前就開始了，而且我們發現這項技術具有巨大的發展潛力。我們可以生產一種二氧化碳排放量比化石燃料低50%的燃料，這可以幫我們解決未來幾年的市場供應問題。同時通過在一定程度上依賴成熟工業技術，也將使我們獲得更快發展。”

圖：Synhelion太陽能噴氣燃料生產塔示意圖

據了解，兩個階段的具體實施思路為：

太陽能重整（計劃2022年前實現）：第一步，從空氣中捕獲二氧化碳和水或者可以直接向穩定氣源供應商采購，Synhion將執行第二步，將800°C到1100°C的熱量從反射鏡太陽場輸送到反應堆，完成熱化學反應。然后，合成氣將通過費托合成等標準工業技術轉化為液體燃料，并進一步生產出商用航空燃料。

圖：技術原理示意圖

100%無碳太陽能燃料生產（計劃2030年實現）：第一步，Climeworks公司直接從空氣中捕獲二氧化碳和水；Synhion將執行第二步，將1500°C的熱量從太陽反射鏡場輸送到反應堆，以執行熱化學反應，將這些碳氫化合物轉化為合成氣。第三步，合成氣再次轉化為商用航空燃料，就像今天埃尼集團這樣的大型油氣公司所做的那樣。