阳光加空气变燃料能解航空碳排放难题?

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当大家讨论太阳能之际,论题离不开太阳能发电。虽然可再生电能是去除碳排放的主要途径,但由于电池沉重、电动化普及需时,可再生电能并不能解决诸如航空和船运业的温室气体排放问题(占全球排放8%)。然而,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)本月初在《自然》(Nature)期刊发表的实证研究,就打破了太阳能的局限,成功将阳光与空气变成可直接供现有引擎使用的燃料。

该学院教授Aldo Steinfeld及其团队发展出想法类似于光合作用的原理,利用阳光的能量将空气中的二氧化碳和水转化成可作用燃料的有机物。当引擎使用此燃料之际固然会有二氧化碳的排放,但此排放等同于原本作为此燃料原料的二氧化碳,因此互相消除,使整个过程变为净零排放——其逻辑与生物燃料相约。

而与生物燃料相比,此“太阳燃料”的好处在于,一方面,它不必占用原本可用作生产粮食的农地,去除了洁净能源与粮食生产的取舍,另一方面,其加工过程也不必使用其他能源,可保证其净零排放(当然用于生产“太阳燃料”的机器本身的生产本身也有其温室气体排放)。

从“无”到有的“太阳燃料”

“太阳燃料”的构想分成三个部份。首先,是从一般空气中抽取二氧化碳和水份。该团队分拆出来的一个机构上月就在冰岛安装了全球最大、直接从空气中进行碳捕集与封存的工厂,每年能吸收全球3秒钟的排放量(很明显,这只是起步阶段)。

其次,也是最重要的部份,就是将二氧化碳和水份转化成“水煤气”(syngas)。该团队将阳光集中3,000倍,造成1,500摄氏度的高温,而大阳能反应器中则设有以氧化铈(cerium oxide)造成的结构,与二氧化碳产生反应而产出一氧化碳,又与水产生反应而产出氢——一氧化碳与氢的混合体,就正是可用作生产其他燃料的水煤气。

最后,水煤气就以现有的工业方式转化成其他液态碳氢化合物,可直接用于现有的航空引擎之上。

当然,此过程并非像上帝创造万物般的从无到有,但单靠阳光和空气就能生产能源,这跟从无到有的距离其实相距不远。

规模化仍有局限

目前,这个团队只在一座建筑物的天台上架设这套设备,其太阳能规模大概是一个家庭家用电力的规模,每日在间断性的阳光下运作7小时,只能生产出大约32毫升的纯甲醇,而其能源效益只在5.6%左右。

不过,这个实验已证明此“阳光加空气变燃料”概念可行,接下来就是要如何将其效益提升(团队认为最终可提升数倍),并作规模生产。这方面还有两个难题。

其一,即使规模化生产顺利,其实现尚须碳排放定价的支持。研究团队估计若以工业规模生产,其燃料价格将大约为1.2至2欧元一公升左右的水平,与0.4欧元一公升的煤油价格有一段距离。当中的差价,就要透过各国对于碳排放外部性的定价补足,可是COP26气候峰会预计不会达成全球碳排放定价的共识,而全域性的碳排放市场暂时就只有欧盟和中国(后者的价格和覆盖程度都较低)。

印度的一个“太阳能农场”。(Getty)

其二,即使太阳能生产不必占据农地,但其生产所需的土地面质仍然非常之广。根据团队的初步估算,要满足全球航空业的燃料需求,我们就需要4.5万平方公里(大约41个香港)的土地去架设此等“太阳能农场”。如此广阔的土地并非不可得——毕竟这只及撒哈拉沙漠的0.5%面积——但此要求却显示出规模化的遥远。

遥远,却不代表不可及。例如以往的太阳能发电价格极高,效益只得几个百点比,但如今市场上可用的设置效益已超过20%,实验室中的更可高达40%,使不少地方的太阳能发电成本与煤电相约,甚至比之更为便宜。“太阳燃料”也可走上同一条路。

同样如太阳能一般,“太阳燃料”最终也只能是全球减排策略的其中一小环,专门针对电动化难以解决的航空、海运排放。跟石油之于能源供应不一样,解决气候问题从来都没有单一的明路。

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