你沒看錯!利用5000平方公里沙漠光熱系統可滿足全球航空燃料需求!
發布者:lzx | 來源:?CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 1676查看 | 2020-04-23 19:07:16    

CSPPLAZA光熱發電網報道: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,如何生產出低碳甚至無碳的航空燃料已被人類列上日程。


目前,一家瑞士初創企業Synhelion正在加速推進兩條太陽能航空燃料路線的商業化(太陽能重整法與100%無碳技術),該技術未來會對長途空運和海運等運輸行業產生重要影響。


該技術基本原理為:利用大面積的聚光鏡場搜集太陽能熱能,然后在一個反應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氫化合物。(了解詳情可參考此前報道:基于聚光集熱技術的太陽能航空燃料項目正加速推進,2022年或實現銷售)【也可觀看下文介紹視頻】



由于需要巨大的太陽能聚光鏡場,按照科學家們的設想,類似項目更首選建設在陽光充足的沙漠地區。那么,多大面積的沙漠可以滿足全球航空燃料的使用需求呢?


太陽能重整:5000平方公里;100%無碳技術:50000平方公里


太陽能重整技術路線為Synhelion公司計劃先推出的一條太陽能轉化路線——即基于目前相對成熟的甲烷源二氧化碳合成燃料技術進行太陽能重整,從而盡快生產出可推向市場的相對低碳的太陽能燃料產品(碳排放可降低50%)。


按照計劃,Synhelion到2030年將運營100個基于太陽能重整技術的太陽能燃料項目,每個項目可年產500萬噸太陽能燃料。針對該品類燃料的商業推廣將于2022年開始,預計每升燃料成本在50美分到1美元之間。


根據Synhelion首席技術官Philipp Furler的說法,如果這100個每年生產500萬噸太陽能轉化燃料的設施都在世界上同一個地方,那么總的土地需求量將約為80平方公里。而要在一個太陽能改造項目上生產出每年300兆噸的全球需求量,則需要大約5000平方公里。


如果采用100%無碳技術(完全由二氧化碳和水制成,計劃2030年實現),由于反應過程需要更高的溫度(1500℃左右),因此需要更多的空間來搜集太陽熱能。


按照Philipp Furler計算,如果使用純H2O/CO2裂解產生的二氧化碳中性燃料來滿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“太陽能煉油廠”利用太陽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——全部集中在一個地點,那么鏡場可以從Paraburdoo一直延伸到西澳大利亞沙漠中的Capricorn。


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圖:紅色地區為適合太陽能重整項目區域,藍色區域為適合100%無碳技術區域


Philipp Furler表示,在一個國家建太陽能煉油廠來滿足全球需要并不現實,有合適條件的國家可以選擇首先滿足本國需求,這種項目將來有望分布在世界各地光資源優越的地區。


哪些國家/地區更適合建設?


目前來自德國Bauhaus Luftfahrt研究實驗室的Christoph Falter正在與Philipp Furler密切合作,開展太陽能航空燃料廠適合建設區域的相關研究。


Christoph Falter與團隊發布的最新一篇論文《太陽能熱化學噴氣燃料生產的地理潛力》便揭示了哪些國家適合發展該技術,充分考慮到了光資源、燃料運輸的沿海通道以及是否有足夠的適用土地資源等因素。


研究發現,許多國家都具備利用該技術滿足本國的航空燃料需求并履行減少溫室氣體排放承諾的條件,同時大約10個國家具備滿足全球航空燃料需求的發展潛力,其中一些國家的潛在產能甚至可以超出全球需要。


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


Christoph Falter表示:“這一切都可以在一個國家完成,可以在一個相對較小的沙漠等非農田地區生產大量的低碳或無碳航空燃料,同時項目也并不需要靠近城市,這樣就不會打擾很多居民?!?/p>


成本為是否適合建廠的重要參考指標


據悉,關于該技術的發展計劃主要基于預期可實現較高的太陽能反應堆效率,熱化學轉化效率至少需要達到15%以上才能使太陽能航空燃料生產成本具備競爭力,而更高的效率則將進一步降低成本。


據測算,假如美國利用該技術來滿足自身的航空燃料需求(每年7.7億噸),一旦效率達到15%,燃料成本將低于2歐元/升。


據Philipp Furler此前向海外媒體透露,該公司研發團隊已將太陽能反應堆的效率從五年前的1%提升至5%,同時根據相關試驗測試,他相信未來可以實現20%以上的反應堆效率,從而使生產出的太陽能燃料更加經濟。


同時,除了光資源和土地資源,金融基礎設施完備與否也極大影響該類項目的開發建設。


Christoph Falter表示,生產成本無疑是是否適合建廠的關鍵指標,如果在美國或澳大利亞陽光明媚的地區建廠便可以更便宜地生產燃料,因為在這些國家融資更加便宜。


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圖:一個位于美國德州Seminole和Lamesa之間、占地5000平方公里的太陽能燃料生產基地可以通過太陽能重整來滿足全世界的航空燃料需求


雖然澳大利亞國內對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%太陽能噴氣燃料的地區之一。Christoph Falter指出,如果太陽能反應堆效率達到15%,澳大利亞生產的燃料成本將低于2.1歐元/升,效率達到25%時成本則略高于1.7歐元/升。


據測算,如果把太陽能反應堆效率從15%提高到25%,生產成本就將降低20%左右。在基準情況下,全球航空燃料需求可以以1.58至1.83歐元/升的成本支付,而生產地點則在南美、美國和地中海地區。


此外,研究人員在充分考慮包括貸款利率、通貨膨脹率和當地的財政狀況等因素的條件下,比較了每個國家生產其國內噴氣燃料需求的成本。


據論文,基準案例始于以色列和智利的最低生產成本,這兩個國家的名義加權平均資本成本都相對較低,分別約為5%和7%,通脹率接近0%和3%(2013-2017年)。盡管在地中海地區沒有最好的太陽能資源,但以色列通過其有利的低資本成本實現了非常低的生產成本。另一方面,埃及擁有該地區最好的太陽能資源,其名義加權平均資本成本高出23.3%,通貨膨脹率高達12.3%,這導致生產成本過高。


而在資本成本較高的地區,糟糕的金融環境將抵消光資源和土地資源的優勢。


研究表明,雖然非洲南部太陽輻射數據也相對較高,從技術角度來說這一區域非常合適,而且生產潛力超過了南美洲選定國家的生產潛力。但是,該區域的國家資本成本普遍較高,博茨瓦納最低的名義加權平均資本成本為8.8%,南非和納米比亞約為13%,安哥拉高達18.4%。


據此測算,博茨瓦納的生產成本為2.13歐元/升,而納米比亞和南非的生產成本最低,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,無法生產低于4.8歐元/升的太陽能噴氣燃料。因此,在非洲南部,利用博茨瓦納最好的項目地資源,滿足區域需求可以實現2.14歐元/升的平均成本,滿足全球需求成本約為2.32歐元/升。


研究認為,與其他可再生燃料生產途徑不同,太陽能熱化學途徑在資源與成本下降潛力方面均具有一定優勢,以相對恒定的成本生產幾乎無限量的航空燃料非??善?。

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