Идея авиации, не оставляющей углеродного следа, долгое время казалась научной фантастикой. Однако благодаря новейшим разработкам исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) этот замысел может вскоре стать реальностью. Они создали инновационный фототермокаталитический реактор, который полностью работает на солнечной энергии, не используя электричество или ископаемое топливо. Этот компактный реактор улавливает солнечное тепло и направляет его на проведение химических реакций, необходимых для производства топлива, что делает авиацию на шаг ближе к углеродной нейтральности.
Уникальная структура для максимальной эффективности
Отличительная черта реактора — его сложная многослойная структура, разработанная для удержания тепла и минимизации потерь. В его основе — слои кремния, германия и золота, нанесенные на серебряное основание. Сверху расположено кварцевое окно, через которое проникает солнечный свет, а вакуумный слой выполняет функцию термоизоляции.
«Мы не конкурируем с концентрированной солнечной технологией, где температура может достигать 2700 градусов Цельсия, — объясняет Айсулу Айтбекова, соавтор исследования и научный сотрудник Института нанонауки Кавли при Caltech. - Мы предлагаем альтернативное решение, применимое в регионах, где концентрированная солнечная энергия неэффективна».
В результате реактор достигает температуры до 249°C под прямыми солнечными лучами и поддерживает около 130°C в рабочем режиме. Эти условия достаточны для запуска процесса олигомеризации этилена — превращения простых углеводородов в более длинные молекулы, необходимые для создания авиационного топлива.
Производство чистого топлива без ископаемых ресурсов
Эксперименты показали, что новый реактор способен превращать этилен, состоящий из двух углеродных атомов, в алкены с длиной цепи от семи до 26 углеродных атомов — аналог традиционного авиационного топлива. При этом процесс полностью обходится без сжигания ископаемого топлива и использования внешних источников электроэнергии.
«Наше устройство демонстрирует, что тепло, получаемое от солнечной энергии, может непосредственно приводить в действие каталитические процессы, которые обычно требуют электричества или ископаемого топлива», — поясняет Гарри Этуотер, директор лаборатории LiSA и профессор прикладной физики и материаловедения в Caltech.
Курс на полностью возобновляемую авиацию
На данном этапе процесс производства топлива стартует с этилена, полученного из ископаемого сырья, однако команда LiSA уже достигла значительных успехов в разработке метода, позволяющего создавать этилен из углекислого газа, воды и солнечного света.
«Теперь у нас есть две стадии: сначала мы производим этилен из CO2, воды и солнечного света, а затем проводим процесс олигомеризации этилена. И весь цикл работает исключительно на солнечной энергии», — добавляет Айтбекова.
Этот прорыв открывает путь к созданию устойчивого и углеродно-нейтрального авиационного топлива. С учетом того, что авиация является одной из самых сложных отраслей для декарбонизации, подобные достижения дают надежду на экологически чистое небо.
Исследование опубликовано в журнале Device.
