หอพลังสุริยะ all in one ผลิตเชื้อเพลิงเครื่องบินโดยใช้น้ำ CO2 และแสงแดด

หอสุริยะในสเปนแห่งนี้รับแสงอาทิตย์ น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์เป็นปัจจัยการผลิต ซึ่งผลิตเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ทและดีเซลที่ปราศจากคาร์บอน ภาพจาก ETH Zurich

ภาคการบินรับผิดชอบประมาณ 5% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากมนุษย์ในปัจจุบันซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดยอาศัยน้ำมันก๊าดหรือเชื้อเพลิงเครื่องบิน ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวที่มักได้มาจากน้ำมันดิบ ในปัจจุบัน ไม่มีทางเลือกอื่นที่สะอาดเพียงพอในการขับเคลื่อนเที่ยวบินเชิงพาณิชย์ระยะไกลในระดับโลก

ขณะนี้ ทีมนักวิจัยนานาชาติได้พัฒนาหอคอยที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตทางเลือกสังเคราะห์ทดแทนเชื้อเพลิงที่ได้จากฟอสซิล เช่น น้ำมันก๊าดและดีเซล ระบบการผลิตเชื้อเพลิงใช้น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และแสงแดดในการผลิตเชื้อเพลิงการบิน ทีมงานได้นำระบบนี้ไปใช้ในภาคสนาม และการออกแบบนี้จะช่วยให้อุตสาหกรรมการบินกลายเป็นคาร์บอนที่เป็นกลางได้ (Carbon Neutral)

บทความที่เกี่ยวข้อง

• ก้าวสำคัญสู่การลดค่าใช้จ่ายเพื่อการกำจัด CO2 ออกจากอากาศ
• ถ้าเราจะหยุดสภาวะโลกร้อนเราต้องทำสิ่งเหล่านี้ภายในอีก 10 ปี ข้างหน้า
• จานแปลงพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 97%
• โรงงานผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดของจีน

หอสุริยะในสเปนแห่งนี้ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแสงแดดเป็นปัจจัยในการผลิต จึงผลิตน้ำมันดีเซลและเครื่องบินเจ็ทรุ่นที่เป็นกลางและปราศจากคาร์บอน(Carbon Neutral fuel) สร้างและทดสอบโดยนักวิจัยที่ ETH Zurich เป็นโครงการเชื้อเพลิงสะอาดอีกแห่งหนึ่งของโลก

เครื่องปฏิกรณ์นำร่องขนาด 50 กิโลวัตต์ ซึ่งติดตั้งในสเปน ใช้ความร้อนจากหอสุริยะที่มีความเข้มข้นเพื่อขับเคลื่อนวงจร Thermochemical redox cycle ภาพโดย ETH Zurich

โรงงานนำร่องนี้ใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์อย่างเข้มข้น แผงสะท้อนแสงอาทิตย์ 169 แผง โดยแต่ละแผงมีพื้นที่ผิว 3 ตารางเมตร (~32 ตารางฟุต) เปลี่ยนเส้นทางแสงแดดเข้าไปในรูขนาด 16 ซม. (6.3 นิ้ว) ในเครื่องปฏิกรณ์สุริยะที่ด้านบนของ 15 -หอคอยกลางสูง (49 ฟุต) เครื่องปฏิกรณ์นี้ได้รับพลังงานโดยเฉลี่ยประมาณ 50 กิโลวัตต์

ความร้อนนี้ใช้เพื่อขับเคลื่อนวัฏจักรรีดอกซ์เทอร์โมเคมี (Thermochemical redox) แบบสองขั้นตอน น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์จะถูกป้อนเข้าสู่ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่มีซีเรียลเป็นส่วนประกอบ ซึ่งจะแปลงเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์หรือซิงก์พร้อมกัน เนื่องจากทั้งหมดนี้ทำในห้องเดียว จึงเป็นไปได้ที่จะปรับอัตราของน้ำและ CO2 เพื่อจัดการองค์ประกอบที่แท้จริงของแก๊สสังเคราะห์(syngas)

แก๊สสังเคราะห์(syngas) นี้ถูกป้อนไปยังหน่วยก๊าซเป็นของเหลว (GtL) ที่ด้านล่างของหอคอย ซึ่งผลิตเฟสของเหลวที่มีน้ำมันก๊าด 16% และดีเซล 40% รวมถึงเฟสขี้ผึ้งด้วยน้ำมันก๊าด 7% และดีเซล 40% – พิสูจน์ให้เห็นว่าเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์แบบเซรามิกที่ใช้ซีเรียลนั้นผลิตแก๊สสังเคราะห์(syngas)ที่บริสุทธิ์เพียงพอสำหรับเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์

แผนผังของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการแยกน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านวงจรรีดอกซ์เทอร์โมเคมีตามซีเรีย (the ceria-based thermochemical redox cycle) ภาพโดย ETH Zurich

โดยรวมแล้ว โรงงานนำร่องในการทดลองผลิตแก๊สสังเคราะห์(syngas)ได้ประมาณ 5,191 ลิตร (1,371 แกลลอน) ในช่วง 9 วันดังกล่าว แต่นักวิจัยไม่ได้ระบุแน่ชัดว่าเกิดน้ำมันก๊าดและดีเซลมากน้อยเพียงใดหลังจากแก๊สสังเคราะห์(syngas) ถูกแปรรูป

ด้วยเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ของพวกเค้าได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถผลิตน้ำมันก๊าดสังเคราะห์จากน้ำและ CO2 แทนที่จะได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ปริมาณ CO2 ที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้น้ำมันก๊าดในเครื่องยนต์ไอพ่นนั้นเท่ากับปริมาณที่บริโภคระหว่างการผลิตในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ นั่นทำให้เราได้เชื้อเพลิงที่เป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutral fuel) โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเราใช้ CO2 ที่จับได้จากอากาศโดยตรงเป็นส่วนผสม

แปลและเรียบเรียงโดย ดร.วิชาญ นาคทอง ทีมงาน iEnergy Guru

Reference

1. https://newatlas.com/energy/solar-jet-fuel-tower/
2. https://www.inceptivemind.com/solar-powered-tower-produces-jet-fuel-water-co2-sunlight/25520/
3. https://singularityhub.com/2022/07/25/this-solar-tower-system-produces-jet-fuel-from-co2-water-and-sunlight/
4. https://www.designboom.com/technology/eth-zurich-solar-tower-jet-fuel-07-22-2022/