太陽光と空気だけを使って液体炭化水素燃料をつくる新技術。
航空・海上輸送を持続可能にするには、カーボンニュートラル燃料が不可欠です。この新しい太陽光発電プラントは、製造時に空気から回収した量と同じ量のCO2を燃焼時に排出する合成液体燃料をつくります。
このシステムは大気中からCO2と水を直接取り出し、太陽エネルギーを使って分解します。このプロセスで、水素と一酸化炭素の混合物である合成ガスが生成され、その後、灯油やメタノールなどの炭化水素に加工されます。これらのドロップイン燃料は、既存の世界の輸送インフラですぐに使用できます。
実証実験
「このプラントは、実際の屋外環境で、太陽光と空気からカーボンニュートラルな炭化水素燃料をつくれることを実証しています」と、この技術を開発した研究グループを率いるETHチューリッヒの再生可能エネルギーキャリア教授、アルド・シュタインフェルトは説明します。「この熱化学プロセスは太陽光の全スペクトルを利用し、高温で進行するため、反応が速く、効率も高くなります。」
チューリッヒの屋上に設置された太陽光ミニ製油所は、市内で一般的な気候条件でもこの技術が実現可能であることを示しています。1日あたり約1デシリットル（カップ半分弱）の燃料を生産します。
シュタインフェルトと研究グループはすでに、EUのSun-to-Liquidプロジェクトの一環として、マドリード近郊のソーラータワーで太陽光反応器の大規模実証試験に取り組んでいます。
次の目標は、この技術を産業利用できる規模に拡大し、経済的な競争力を持たせることです。
「面積1平方キロメートルの太陽光プラントなら、1日に2万リットルの灯油を生産できます」と、Synhelionのディレクターで、かつてシュタインフェルトの研究グループに所属していた博士課程の学生、フィリップ・フルラーは言います。「理論上は、スイスと同じ広さ、またはカリフォルニア州のモハーベ砂漠の3分の1の広さのプラントで、航空業界全体の灯油需要をまかなえます。私たちの将来の目標は、この技術で持続可能な燃料を効率よく生産し、世界のCO2排出量を削減することです。」
太陽光製油所の仕組み
この新システムのプロセスチェーンは、次の3つの熱化学変換プロセスを組み合わせています。
空気からCO2と水を取り出す。CO2と水を太陽熱化学的に分解する。その後、炭化水素に液化する。
吸着・脱着プロセスによって、大気中からCO2と水を直接取り出します。これらはその後、放物面反射鏡の焦点にある太陽光反応器に入ります。太陽光を3,000倍に集光し、太陽光反応器内で1,500℃の熱を発生させます。
太陽光反応器の中心には、酸化セリウム製のセラミック構造体があります。この構造体が二段階反応、すなわち酸化還元サイクルを可能にし、水とCO2を分解して合成ガスを生成します。この水素と一酸化炭素の混合物は、従来型のメタノール合成またはフィッシャー・トロプシュ合成によって液体炭化水素燃料に加工できます。
シュタインフェルトの研究グループからは、すでに2つのスピンオフ企業が生まれています。2016年設立のSynhelionは太陽光燃料の製造技術を事業化し、2010年に設立されたClimeworksは空気からCO2を回収する技術を事業化しています。
