Гориво от слънчева светлина и въздух: ETH Zurich и какво показаха следващите години

На 13 юни 2019 г. ETH Zurich обяви, че на покрива на Машинната лаборатория (Machine Laboratory) в Цюрих работи слънчева мини-рафинерия. Групата на проф. Алдо Щайнфелд (Aldo Steinfeld) взема от въздуха въглероден диоксид и вода, разделя ги със слънчева топлина и от получената смес прави течни въглеводороди. Самият Щайнфелд заяви: „Тази инсталация доказва, че въглеродно неутрални въглеводородни горива могат да се произвеждат от слънчева светлина и въздух при реални условия на терен.“

Как работи инсталацията

Според прессъобщението CO₂ и вода се извличат от околния въздух чрез адсорбция и десорбция. След това постъпват в слънчев реактор във фокуса на параболично огледало, където светлината е концентрирана 3 000 пъти и температурата стига 1 500 °C. Керамична структура от цериев оксид позволява двустъпков окислително-редукционен цикъл, който разделя водата и CO₂ на синтезен газ – смес от водород и въглероден оксид. От него по обичайните методи за синтез на метанол или по процеса на Фишер–Тропш се получават течни въглеводороди, например керосин.

Производството е скромно: около един децилитър гориво на ден. Филип Фурлер (Philipp Furler), тогава технически директор на Synhelion и бивш докторант в групата на Щайнфелд, каза, че слънчева централа на един квадратен километър би давала 20 000 литра керосин на ден. За следваща стъпка ETH посочи изпитание на реактора в слънчева кула край Мадрид по европейския проект sun-to-liquid.

Статията в Nature

На 3 ноември 2021 г. Ремо Шепи (Remo Schäppi), Щайнфелд и колеги публикуваха в Nature работата „Drop-in fuels from sunlight and air“ (в печат през 2022 г.). Резюмето сочи, че авиацията и корабоплаването дават около 8 % от антропогенните емисии на CO₂ и че електрическото задвижване с батерии е трудно, ако не и невъзможно, за дълги търговски полети. Авторите показват цялата верига – от H₂O и CO₂, уловени от въздуха, до метанол и керосин – с модулна система с топлинна мощност 5 kW, изпитвана на открито. В допълнителните данни към статията са отчетени 152 последователни слънчеви редокс цикъла, а в показаните изпитвания цериевият реактор достига 1 450 °C при редукцията.

По данни на RIFS Потсдам реакторът на покрива работи около две години. Според съобщението на RIFS оценката за промишлен мащаб е 1,20–2 евро за литър. Йохан Лилиестам (Johan Lilliestam) от Потсдамския университет казва, че за световното търсене на реактивно гориво ще е нужно по-малко от един процент от сухите земи на планетата. Авторите предлагат европейска квота за слънчево гориво, която да започне от 0,1 % от авиационното гориво.

Колко ефективно е всъщност

Прессъобщението от 2019 г. не посочва число за ефективността, а само „висока ефективност“. По-късният обзор на Сайан Кар (Sayan Kar) и Ервин Райснер (Erwin Reisner) в Journal of the American Chemical Society (2026) отбелязва, че при слънчевата рафинерия на групата на Щайнфелд е регистрирана ефективност от слънчева светлина до синтезен газ около 3–5 %. Общата ефективност на целия процес от въздуха до горивото е оценена на около 1 %. Като път към по-ниски цени обзорът посочва повишаването ѝ до 10 %.

Там са изброени и пречките: стабилност на материала при дълга работа, силни топлинни загуби чрез лъчение, висока цена на полето от огледала, нужда от големи количества порест цериев оксид – суровина, която обзорът нарича критична, – и спичане на материала при високи температури. Технологичната готовност на този маршрут е оценена на 3–5 по скалата TRL. Обзорът отбелязва още, че Synhelion изпитва технологията с CO₂ от концентрирани биогенни емисии, а не от въздуха, за да е по-изгодно. Обзорът отбелязва и мащабиране до 50 kW в IMDEA Energy в Испания, но без модула за улавяне на CO₂ от въздуха.

Synhelion и заводът в Юлих

Synhelion е основана през 2016 г. като отделяне от ETH. На 20 юни 2024 г. тя откри в Юлих, Германия, завода DAWN. Той има 20-метрова слънчева кула с поле от огледала и топлинно хранилище, което позволява работа денонощно. Очакваният добив е няколко хиляди литра гориво годишно, а синтетичният суров продукт се рафинира в керосин, бензин и дизел. Строежът е подкрепен от инвеститорите на фирмата и от германска федерална програма за енергийни изследвания. Фурлер, вече изпълнителен директор, каза: „Откриването на DAWN отбелязва началото на ерата на слънчевите горива.“

По груба сметка един децилитър на ден прави около 36 литра на година, докато DAWN е планиран за няколко хиляди. През юни 2025 г. Synhelion съобщи, че заводът е пуснат в експлоатация в края на лятото на 2024 г., работил е над 1 000 часа и няколко месеца след пускането е достигнал 90 % от номиналния си капацитет. Синтезният газ е получил номиналното си качество, а синтезът по Фишер–Тропш, по който Synhelion работи с фирмата INERATEC, е дал суров продукт и восък, рафинирани до керосин, бензин и дизел, които могат да се смесват с обикновените горива.

Какво остава да се докаже

Планът от 2024 г. предвиждаше първа търговска централа в Испания, чието строителство да започне през 2025 г., с 1 000 тона гориво годишно, и цел от около милион тона в рамките на десет години. В източниците, които прочетохме, няма потвърждение, че строежът е започнал. Остава и въпросът за ефективността: според обзора пътят към по-ниска цена минава през повишаване на общата ефективност от около 1 % към 10 %.