这座太阳能塔利用阳光、水和天然气制造飞机燃料

乍一看，你可能会认为这座隐藏在马德里郊区的建筑是一座太阳能发电厂。该设施坐落在一个工业园区内，拥有一组太阳能反射器——将耀眼的阳光聚集到塔顶的镜子。

但这座工厂并不是用来发电的，而是用来生产航空燃料的。

过去几年，瑞士和德国多家不同机构的研究人员一直在使用它来测试一种制造推进剂的方法——通常是一种涉及化石燃料的碳密集型工艺——仅使用阳光和从大气中捕获的温室气体。他们在《焦耳》杂志上发表了他们的研究结果 今天。

塔内发生的是被称为费托合成过程的化学反应。在某些条件下，氢气和一氧化碳（没错，就是汽车尾气中的有毒气体）会发生反应。它们将原子重新排列成水蒸气和碳氢化合物。这些碳化合物包括柴油、煤油和其他燃料，否则你可能需要通过弄脏双手提炼石油来生产这些燃料。

虽然这座塔很新，但其背后的工艺并非最近才发明的；两位化学家——自然是费希尔和托普希——在近一个世纪前在德国率先发明了这一工艺。但从历史上看，它一直是一种事后的想法。你需要某种一氧化碳来源：通常是煤、天然气或它们的副产品。如果你的石油供应有限，那么它很有用，但如果你想清理运输部门，它就没那么有用了。

[相关：关于可持续航空燃料的所有热门问题均已得到解答]

现在，随着气候危机的加剧，人们对清洁燃料的兴趣也随之增加，对替代碳源的需求也日益增加。生物废物是其中一种很受欢迎的碳源。这家工厂采用了一种不同的方法：从大气中捕获二氧化碳。

169 个太阳反射器将阳光反射到画面中。在这座 50 英尺高的建筑顶部，它们的光线（平均比太阳亮 2500 倍）照射到一个由铈（第 58 号稀土元素）制成的多孔陶瓷盒上。该陶瓷盒从空气中吸收水和二氧化碳，并将其原子分解成氢气和一氧化碳。

“我们开发这项科学技术已有十多年了，”瑞士苏黎世联邦理工学院工程师、论文作者之一阿尔多·斯坦菲尔德 (Aldo Steinfeld) 说道。2010 年，斯坦菲尔德和他的同事首次在实验室中演示了箱式方法。到 2017 年，他们开始建造该工厂。

在该工厂中，新产生的气体会沉到塔底，然后进入进行费托反应的集装箱。最终的结果是，通过从空气中吸收二氧化碳，生产出不含化石燃料的煤油。研究人员表示，如今，这种煤油可以毫无问题地泵入燃料箱。

在全球疫情爆发之前，航空业的二氧化碳排放量不到全球总排放量的 3%。相比之下，陆地车辆的排放量是航空业的六倍多。然而，尽管我们已经开始用电动汽车取代全球道路交通，但目前还没有可行的飞机替代品。

因此，航空业和政府正努力将重点放在替代能源上，比如生物燃料。尽管确切的时间表仍未确定，但欧洲监管机构可能要求非化石燃料来源在 2050 年前为欧盟机场提供高达 85% 的燃油。

在这种环境下，费托合成工艺开始发挥作用。去年，一家名为 Atmosfair 的德国非营利组织在荷兰边境附近开设了一家生产合成煤油的工厂。该工厂依靠太阳能和废弃沼气的复杂相互作用来获取其化学成分。自 Atmosfair 工厂开业以来，它每天生产 8 桶煤油：与 2019 年全球使用的 23 亿加仑煤油相比，这几乎是微不足道的。

西班牙的太阳能煤油星球紧随其后，不过斯坦菲尔德表示，太阳让氢气和一氧化碳的获取变得简单得多。不过，就像 Atmosfair 的工厂一样，这只是一个早期的尝试。“与商业规模的工厂相比，该设施规模相对较小，”斯坦菲尔德说。但他和他的同事们认为，这是一个重要的示范。

[相关：浮动太阳能电池板可能成为清洁能源领域的下一个重大突破]

斯坦菲尔德表示，要满足整个航空业的需求，太阳能煤油厂的占地面积必须达到 17,500 平方英里，大约相当于爱沙尼亚的国土面积。这个数字听起来确实很大，但斯坦菲尔德的看法却不同：一小块人烟稀少的炎热沙漠就可以满足全世界所有飞机的用油需求。

（类似的事有先例：阳光明媚的摩洛哥已经成为太阳能中心，该国正计划将部分电力出口到阴天较多的英国。）

目前，斯坦菲尔德表示，下一步是提高这一过程的效率。目前，照射到陶瓷盒上的太阳能中，只有 4.1% 真正用于生成气体。研究人员认为，他们可以大大提高这一数字。