利用5000平方公里沙漠建設(shè)光熱系統(tǒng)可滿(mǎn)足全球航空燃料需求！

:2019年，全球共消耗了3億噸由化石燃料為原料制造的航空燃料。但在全球面臨碳排放壓力的大能源背景下，如何生產(chǎn)出低碳甚至無(wú)碳的航空燃料已被人類(lèi)列上日程。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺(tái)”）

目前，一家瑞士初創(chuàng)企業(yè)Synhelion正在加速推進(jìn)兩條太陽(yáng)能航空燃料路線的商業(yè)化（太陽(yáng)能重整法與100%無(wú)碳技術(shù)），該技術(shù)未來(lái)會(huì)對(duì)長(zhǎng)途空運(yùn)和海運(yùn)等運(yùn)輸行業(yè)產(chǎn)生重要影響。

該技術(shù)基本原理為：利用大面積的聚光鏡場(chǎng)搜集太陽(yáng)能熱能，然后在一個(gè)反應(yīng)器中催化二氧化碳和水分子重新排列合成可制成航空燃料的碳?xì)浠衔铩?/p>

由于需要巨大的太陽(yáng)能聚光鏡場(chǎng)，按照科學(xué)家們的設(shè)想，類(lèi)似項(xiàng)目更首選建設(shè)在陽(yáng)光充足的沙漠地區(qū)。那么，多大面積的沙漠可以滿(mǎn)足全球航空燃料的使用需求呢？

太陽(yáng)能重整：5000平方公里；100%無(wú)碳技術(shù)：50000平方公里

太陽(yáng)重整技術(shù)路線為Synhelion公司計(jì)劃先推出的一條太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化路線——即基于目前相對(duì)成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技術(shù)進(jìn)行太陽(yáng)能重整，從而盡快生產(chǎn)出可推向市場(chǎng)的相對(duì)低碳的太陽(yáng)能燃料產(chǎn)品（碳排放可降低50%）。

按照計(jì)劃，Synhelion到2030年將運(yùn)營(yíng)100個(gè)基于太陽(yáng)能重整技術(shù)的太陽(yáng)能燃料項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目可年產(chǎn)500萬(wàn)噸太陽(yáng)能燃料。針對(duì)該品類(lèi)燃料的商業(yè)推廣將于2022年開(kāi)始，預(yù)計(jì)每升燃料成本在50美分到1美元之間。

根據(jù)Synhelion首席技術(shù)官Philipp Furler的說(shuō)法，如果這100個(gè)每年生產(chǎn)500萬(wàn)噸太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化燃料的設(shè)施都在世界上同一個(gè)地方，那么總的土地需求量將約為80平方公里。而要在一個(gè)太陽(yáng)能改造項(xiàng)目上生產(chǎn)出每年300兆噸的全球需求量，則需要大約5000平方公里。

如果采用100%無(wú)碳技術(shù)（完全由二氧化碳和水制成，計(jì)劃2030年實(shí)現(xiàn)），由于反應(yīng)過(guò)程需要更高的溫度（1500℃左右），因此需要更多的空間來(lái)搜集太陽(yáng)熱能。

按照Philipp Furler計(jì)算，如果使用純H2O/CO2裂解產(chǎn)生的二氧化碳中性燃料來(lái)滿(mǎn)足全球航空燃料需求，需要大約50000平方公里土地。

以澳大利亞為例，如果一家“太陽(yáng)能煉油廠”利用太陽(yáng)能從空氣中捕獲的二氧化碳+水制造出全世界所需的所有航空燃料——全部集中在一個(gè)地點(diǎn)，那么鏡場(chǎng)可以從Paraburdoo一直延伸到西澳大利亞沙漠中的Capricorn。

Philipp Furler表示，在一個(gè)國(guó)家建太陽(yáng)能煉油廠來(lái)滿(mǎn)足全球需要并不現(xiàn)實(shí)，有合適條件的國(guó)家可以選擇首先滿(mǎn)足本國(guó)需求，這種項(xiàng)目將來(lái)有望分布在世界各地光資源優(yōu)越的地區(qū)。

哪些國(guó)家/地區(qū)更適合建設(shè)？

目前來(lái)自德國(guó)Bauhaus Luftfahrt研究實(shí)驗(yàn)室的Christoph Falter正在與Philipp Furler密切合作，開(kāi)展太陽(yáng)能航空燃料廠適合建設(shè)區(qū)域的相關(guān)研究。

Christoph Falter與團(tuán)隊(duì)發(fā)布的最新一篇論文《太陽(yáng)能熱化學(xué)噴氣燃料生產(chǎn)的地理潛力》便揭示了哪些國(guó)家適合發(fā)展該技術(shù)，充分考慮到了光資源、燃料運(yùn)輸?shù)难睾Ｍǖ酪约笆欠裼凶銐虻倪m用土地資源等因素。

研究發(fā)現(xiàn)，許多國(guó)家都具備利用該技術(shù)滿(mǎn)足本國(guó)的航空燃料需求并履行減少溫室氣體排放承諾的條件，同時(shí)大約10個(gè)國(guó)家具備滿(mǎn)足全球航空燃料需求的發(fā)展?jié)摿?，其中一些?guó)家的潛在產(chǎn)能甚至可以超出全球需要。

比如澳大利亞的潛在產(chǎn)能便可以達(dá)到目前全球需求的18倍；像阿爾及利亞和沙特阿拉伯這樣的沙漠國(guó)家潛在產(chǎn)能可以達(dá)到目前全球需求的4-5倍；而美國(guó)僅西南部的潛在產(chǎn)能可以達(dá)到目前全球需求的2.5倍左右。

Christoph Falter表示：“這一切都可以在一個(gè)國(guó)家完成，可以在一個(gè)相對(duì)較小的沙漠等非農(nóng)田地區(qū)生產(chǎn)大量的低碳或無(wú)碳航空燃料，同時(shí)項(xiàng)目也并不需要靠近城市，這樣就不會(huì)打擾很多居民?！?/p>

成本為是否適合建廠的重要參考指標(biāo)

據(jù)悉，關(guān)于該技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃主要基于預(yù)期可實(shí)現(xiàn)較高的太陽(yáng)能反應(yīng)堆效率，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化效率至少需要達(dá)到15%以上才能使太陽(yáng)能航空燃料生產(chǎn)成本具備競(jìng)爭(zhēng)力，而更高的效率則將進(jìn)一步降低成本。

據(jù)測(cè)算，假如美國(guó)利用該技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足自身的航空燃料需求（每年7.7億噸），一旦效率達(dá)到15%，燃料成本將低于2歐元/升。

據(jù)Philipp Furler此前向海外媒體透露，該公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)已將太陽(yáng)能反應(yīng)堆的效率從五年前的1%提升至5%，同時(shí)根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試，他相信未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)20%以上的反應(yīng)堆效率，從而使生產(chǎn)出的太陽(yáng)能燃料更加經(jīng)濟(jì)。

同時(shí)，除了光資源和土地資源，金融基礎(chǔ)設(shè)施完備與否也極大影響該類(lèi)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)建設(shè)。

Christoph Falter表示，生產(chǎn)成本無(wú)疑是是否適合建廠的關(guān)鍵指標(biāo)，如果在美國(guó)或澳大利亞陽(yáng)光明媚的地區(qū)建廠便可以更便宜地生產(chǎn)燃料，因?yàn)樵谶@些國(guó)家融資更加便宜。

雖然澳大利亞國(guó)內(nèi)對(duì)噴氣燃料的需求很小，但西部沿海沙漠空曠，是最適合為全球需求提供100%太陽(yáng)能?chē)姎馊剂系牡貐^(qū)之一。Christoph Falter指出，如果太陽(yáng)能反應(yīng)堆效率達(dá)到15%，澳大利亞生產(chǎn)的燃料成本將低于2.1歐元/升，效率達(dá)到25%時(shí)成本則略高于1.7歐元/升。

據(jù)測(cè)算，如果把太陽(yáng)能反應(yīng)堆效率從15%提高到25%，生產(chǎn)成本就將降低20%左右。在基準(zhǔn)情況下，全球航空燃料需求可以以1.58至1.83歐元/升的成本支付，而生產(chǎn)地點(diǎn)則在南美、美國(guó)和地中海地區(qū)。

此外，研究人員在充分考慮包括貸款利率、通貨膨脹率和當(dāng)?shù)氐呢?cái)政狀況等因素的條件下，比較了每個(gè)國(guó)家生產(chǎn)其國(guó)內(nèi)噴氣燃料需求的成本。

據(jù)論文，基準(zhǔn)案例始于以色列和智利的最低生產(chǎn)成本，這兩個(gè)國(guó)家的名義加權(quán)平均資本成本都相對(duì)較低，分別約為5%和7%，通脹率接近0%和3%（2013-2017年）。盡管在地中海地區(qū)沒(méi)有最好的太陽(yáng)能資源，但以色列通過(guò)其有利的低資本成本實(shí)現(xiàn)了非常低的生產(chǎn)成本。另一方面，埃及擁有該地區(qū)最好的太陽(yáng)能資源，其名義加權(quán)平均資本成本高出23.3%，通貨膨脹率高達(dá)12.3%，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。

而在資本成本較高的地區(qū)，糟糕的金融環(huán)境將抵消光資源和土地資源的優(yōu)勢(shì)。

研究表明，雖然非洲南部太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)也相對(duì)較高，從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)這一區(qū)域非常合適，而且生產(chǎn)潛力超過(guò)了南美洲選定國(guó)家的生產(chǎn)潛力。但是，該區(qū)域的國(guó)家資本成本普遍較高，博茨瓦納最低的名義加權(quán)平均資本成本為8.8%，南非和納米比亞約為13%，安哥拉高達(dá)18.4%。

據(jù)此測(cè)算，博茨瓦納的生產(chǎn)成本為2.13歐元/升，而納米比亞和南非的生產(chǎn)成本最低，分別為2.51歐元/升和2.53歐元/升。安哥拉的資本成本非常高，無(wú)法生產(chǎn)低于4.8歐元/升的太陽(yáng)能?chē)姎馊剂?。因此，在非洲南部，利用博茨瓦納最好的項(xiàng)目地資源，滿(mǎn)足區(qū)域需求可以實(shí)現(xiàn)2.14歐元/升的平均成本，滿(mǎn)足全球需求成本約為2.32歐元/升。

研究認(rèn)為，與其他可再生燃料生產(chǎn)途徑不同，太陽(yáng)能熱化學(xué)途徑在資源與成本下降潛力方面均具有一定優(yōu)勢(shì)，以相對(duì)恒定的成本生產(chǎn)幾乎無(wú)限量的航空燃料非?？善?。

原標(biāo)題:你沒(méi)看錯(cuò)！利用5000平方公里沙漠建設(shè)光熱系統(tǒng)可滿(mǎn)足全球航空燃料需求！